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2011 年度 実績報告書

界面物理現象の詳細解析による流れのマルチスケール性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21246033
研究機関東京大学

研究代表者

松本 洋一郎  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473)

研究分担者 高木 周  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30272371)
杉山 和靖  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特任准教授 (50466786)
杵淵 郁也  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (30456165)
小笠原 紀行  大阪府立大学, 工学研究科, 助教 (00552184)
一柳 満久  上智大学, 理工学部, 助教 (00584252)
キーワード流体工学 / 混相流 / 表面・界面物性 / 気泡 / マイクロ流体
研究概要

平成23年度は,年度当初に挙げた以下の4つの研究項目に関して,それぞれ以下の成果を得た.
(1)分子スケールにおける界面近傍の流れ現象の解明およびモデリング
複雑流路内における気液界面の挙動解析のために,分子動力学シミュレーションの結果を直接利用して,粗視化粒子による散逸粒子動力学シミュレーションのための数理モデルの構築を行った.その結果,従来は経験的に決められていたいくつかのモデルパラメータを,その物理的意味も含めて考慮すべき微視的因子を詳細に検討することに成功した.
(2)界面活性剤を含んだ水中における気泡の3次元挙動
界面活性剤を含んだ水中における気泡の複雑な挙動を計測し,表面活性剤が気泡の3次元運動に与える影響に関して,気泡に働く抗力および揚力のモデリングを行った.
(3)近接界面間の相互作用の詳細解析およびモデリング
気泡・気泡間の相互作用に対する界面活性剤の影響を調べるため,境界適合格子を利用した詳細な数値計算を実施し、非定常な界面活性剤の分布、それによって誘起される流動構造、界面近傍における主要な流体力を理論的、数値的に評価することにより,気泡の変形を考慮することにより,表面活性剤のもたらすマランゴニ効果により気泡同士の反発現象が引き起こされる可能性があることを示した。
(4)三相界面近傍の流動の詳細解析とそれを用いた安定な界面修飾法の確立
平成22年度に開発されたマイクロチャネルを用い,高速マイクロPIVによる計測を行ない,気泡サイズを小さくするためには気泡ののど部に向かう流れが重要であることを示した。さらに,チャネル形状に改良を加え,将来の薬剤搬送マイクロバブル開発に向けて、表面修飾をするためのチャネルを準備し,気泡表面に有機相をコーティングすることに成功した.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] フロント・トラッキング法を用いた自由界面と剛体壁における単一気泡の反発現象の解析2012

    • 著者名/発表者名
      大山峻幸, 伊井仁志, 杉山和靖, 竹内伸太郎, 高木周, 松本洋一郎
    • 雑誌名

      混相流

      巻: 26巻1号 ページ: 60-67

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 界面活性剤溶液中を3次元運動する単一気泡の挙動(第2報:準定常運動する気泡に働く力とスリップ条件)2012

    • 著者名/発表者名
      田川義之, 舟久保亜美, 高木周, 松木洋一郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: (掲載確定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface instability of an encapsulated bubbleinduced by an ultrasonic pressure wave2011

    • 著者名/発表者名
      Yunqiao Liu, Kazuyasu Sugiyama, Shitake, Yoichiro Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: Vol.691 ページ: 315-340

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Study on the Shape Oscillation of an Encapsulated Microbubble in Ultrasound2011

    • 著者名/発表者名
      Yuqiao Liu, Kazuyasu Sugiyama, Shu Takagi, Yoichiro Matsumoto
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: Vol.23, No.4 ページ: 041904-1-13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orientation and internal flow of a vesicle in tank-treading motion in shear flow2011

    • 著者名/発表者名
      Ryuta Hatakenaka, Shu Takagi, Yoichiro Matsumoto
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW

      巻: 84 ページ: 026324-1-10

    • 査読あり
  • [学会発表] Enhanced energy accommodation of gas molecules on surfaces covered with single-walled carbon nanotubes : molecular geam experiment and Monte Carlo simulation2011

    • 著者名/発表者名
      Ikuya Kinefuchi, Jumpei Kawasaki, Junichiro Shiomi, Shu Takagi, Shigeo Maruyama, Yoichiro Matsumoto
    • 学会等名
      HTFFM-IV (The 4^<th> International Confrence on Heat Transfer and Fluid Flow in Microscale)
    • 発表場所
      Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブ膜修飾表面における気体分子のエネルギー適応過程の数値解析2011

    • 著者名/発表者名
      杵淵郁也, 川崎淳平, 塩見淳一郎, 高木周, 丸山茂夫, 松本洋一郎
    • 学会等名
      第48回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      岡山コンベンションセンター,岡山市
    • 年月日
      2011-06-02
  • [学会発表] Enhanced Energy Accomodation of Gas Molecules on Vertically Aligned Single-walled Carbon Nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      Ikuya Kinefuchi, Kizen Ryu, Jumpei Kawasaki, Kei Ishikawa, Junichiro Shiomi, Shu Takagi, Shigeo Maruyama, Yoichiro Matsumoto
    • 学会等名
      2011 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      Moscone West Convention Center, San Francisco米国
    • 年月日
      2011-04-28

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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