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2023 年度 実績報告書

金属液滴に発現する連鎖分裂カスケードの機構解明と数理モデル開発

研究課題

研究課題/領域番号 21H01251
研究機関九州大学

研究代表者

井上 智博  九州大学, 工学研究院, 准教授 (70466788)

研究分担者 王 振英  九州大学, 工学研究院, 助教 (20896633)
高橋 厚史  九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード液体金属 / 液滴 / 熱物質拡散 / 連鎖分裂 / 表面張力 / 可視化 / 数理モデル / 凝縮相
研究実績の概要

気液界面を有する液滴は,1度の分裂しか経験しないという従来の流体工学的な制約により,微細噴霧を生成する際のエネルギー効率は,わずか1%にも満たない.対して本研究は、成長著しい金属粉末製造技術へ応用すべく,液滴が分裂を繰り返す『連鎖分裂』を対象として,現象を律速する未知の機構を,高速度可視化とX線分析を組み合わせた複合的アプローチにより実験的に探究するとともに,体系的な数理モデルを開発することが主眼である.
本年度は,鉄およびチタン液滴内部における物質拡散現象が連鎖分裂の律速過程であることを証明するために,FIB(FEI Versa 3D)および研磨装置を用いて,露出させた金属粒子の断面を,走査型電子顕微鏡で観察しながら,構成物質の分布をEDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)でマッピングすることで,粒子内層にまで雰囲気酸素が浸透する直接的な証拠を得ることに成功した.その結果,酸素の浸透層で気泡が発生することが分かり,連鎖分裂の律速過程が物質拡散であることを直接的に証明した.
並行して,前年度までに得られた一連の高速度可視化計測と,定量的ミクロ観察の結果を統合することで,雰囲気が液滴内部に浸透する物質拡散律速の連鎖分裂カスケードを記述する数理モデルを完成させた.構築した数理モデルは,これまでの可視化結果を合理的に説明できることから,連鎖分裂によって効率的に微粒子生成を行う原理的な成立性を確認した.
これら,金属液滴の連鎖分裂機構を解明した本年度の成果を国内外の学会で発表し,査読付き論文を掲載するなど重要な成果を上げた.なお,他金属種の連鎖分裂機構の解明は課題として残されている.

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Aix-Marseille University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Aix-Marseille University
  • [雑誌論文] Aircraft engine fan tone noise due to back-pressure distortion caused by a downstream pylon under high-speed conditions2024

    • 著者名/発表者名
      Kusuda Shinya、Yamasaki Nobuhiko、Inoue Chihiro、Namba Masanobu
    • 雑誌名

      Journal of Sound and Vibration

      巻: 572 ページ: 118163~118163

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2023.118163

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimal Liquid Engine Architecture by Performance-Cooling Tradeoff Analysis2024

    • 著者名/発表者名
      Tauchi Soma、Inoue Chihiro、Wang Zhenying、Daimon Yu、Fujii Go
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: - ページ: 1~11

    • DOI

      10.2514/1.B39409

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flow structure near three phase contact line of low-contact-angle evaporating droplets2024

    • 著者名/発表者名
      Wang Zhenying、Karapetsas George、Valluri Prashant、Inoue Chihiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 124 ページ: -

    • DOI

      10.1063/5.0197919

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In-situ 1-kHz real-time particle tracking velocimetry using high-speed streaming camera2023

    • 著者名/発表者名
      Ichimura Tenshiro、Inoue Chihiro、Wang Zhenying、Kuwabara George、Tahara Kenji
    • 雑誌名

      Flow Measurement and Instrumentation

      巻: 91 ページ: 102361~102361

    • DOI

      10.1016/j.flowmeasinst.2023.102361

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On-site direct imaging of carbon dioxide emissions from aircraft during landing and take-off cycle2023

    • 著者名/発表者名
      Inoue Chihiro、Higaki Shoji、Fujii Hideto、Ishikawa Naoto、Ueda Yukifumi
    • 雑誌名

      Environmental Advances

      巻: 13 ページ: 100432~100432

    • DOI

      10.1016/j.envadv.2023.100432

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Bipropellant Mixing at Vacuum Startup by Visualization Analysis and Optical Patternator2024

    • 著者名/発表者名
      K. Tominaga, Y. Daimon, G. Fujii and T. Nagata, Y. Matsuura, Y. Kano, and E. Uchiyama, Chihiro Inoue
    • 学会等名
      AIAA SciTech
    • 国際学会
  • [学会発表] 金属液滴と衝撃波構造の干渉による粉体化プロセスの高速イメージング2024

    • 著者名/発表者名
      谷本大航, 内田奈緒, 王振英, 井上智博, 堀内潤,高下拓也,山田和豊
    • 学会等名
      衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] Dynamics of Liquid Alloy Elongation and Pinch-off Process2023

    • 著者名/発表者名
      Mengjia Ren, Haruka Yasuhara, Zhengying Wang and Chihiro Inoue
    • 学会等名
      11th International Conference on Multiphase Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] Lubrication type model for wetting dynamics of multicomponent droplets2023

    • 著者名/発表者名
      Zhenying Wang, Prashant Valluri, George Karapetsas, Chihiro Inoue
    • 学会等名
      11th International Conference on Multiphase Flow
    • 国際学会
  • [学会発表] Bursting titanium particles controlled by molecular diffusion2023

    • 著者名/発表者名
      Yuuki SAKAMOTO, Zhenying WANG and Chihiro INOUE
    • 学会等名
      18th International Symposium on Fireworks
    • 国際学会
  • [学会発表] 物質拡散に律速されたチタン液滴連鎖分裂の統計量解析2023

    • 著者名/発表者名
      坂本 友輝,王 振英,井上 智博
    • 学会等名
      2023年度火薬学会春季研究発表会
  • [学会発表] ANNULAR LIQUID-FILM FRAGMENTATION PROCESS SHEARED BY DEVELOPED TURBULENT GAS FLOW2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki KAMADA, Takuya INOUE, Zhenying WANG, Chihiro INOUE, Shigeki SENOO
    • 学会等名
      ASME Turbo Expo 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] 揮発性二成分液滴の広がりに与える基底油膜の粘度と厚さの影響2023

    • 著者名/発表者名
      永田朋也, 王振英, 井上智博
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2023
  • [学会発表] 酸化膜を有する液体金属と懸濁液に見られる分裂加速のアナロジー2023

    • 著者名/発表者名
      安原はるか, Ren Mengjia, 王振英, 井上智博
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2023
  • [学会発表] Effects of trailing edge thickness on gas-sheared annular liquid-film fragmentation process2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki KAMADA, Takuya INOUE, Zhenying WANG, Chihiro INOUE, Shigeki SENOO
    • 学会等名
      International Gas Turbine Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 超音速気流による溶融金属アトマイズの高速シュリーレン撮影2023

    • 著者名/発表者名
      内田 奈緒, 谷本 大航, 王 振英, 井上 智博, 堀内 潤, 高下 拓也
    • 学会等名
      第32 回微粒化シンポジウム
  • [学会発表] 気流剪断を受ける波状液膜の三次元構造とドライアウト点の予測モデル2023

    • 著者名/発表者名
      井上 智博
    • 学会等名
      第32 回微粒化シンポジウム
  • [学会発表] Diffusion Controlled Spark Ramification Cascade2023

    • 著者名/発表者名
      Chihiro INOUE
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on Dynamics and Interface Phenomena of Bubbles and Droplets at Multiple Scales
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 内外の並行気流に挟まれた環状液膜の不安定と飛散液滴径2023

    • 著者名/発表者名
      村上恵斗,鎌田祥彰,王振英,井上智博,妹尾茂樹
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会西部支部講演会
  • [学会発表] 航空機エンジンから排出される二酸化炭素の直接イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      井上智博,檜垣尚志,藤井秀人,石川直人,上田恭史
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会西部支部講演会
  • [学会発表] 航空機から排出される二酸化炭素の直接イメージングの試み2023

    • 著者名/発表者名
      井上智博,檜垣尚志,藤井秀人,石川直人,上田恭史
    • 学会等名
      高速度イメージングとフォトニクスに関する 総合シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 真空下の二液式スラスタ始動不安定につながる推薬流動の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      富永晃司,大門優,藤井剛,長田泰一,松浦芳樹,加納康仁.内山絵里香,井上智博
    • 学会等名
      高速度イメージングとフォトニクスに関する 総合シンポジウム
  • [図書] 寺田寅彦「線香花火」「金米糖」を読む2023

    • 著者名/発表者名
      松下貢 , 早川美徳, 井上智博, 川島禎子
    • 総ページ数
      192
    • 出版者
      窮理舎
  • [備考] 九州大学推進工学分野井上研究室Webページ

    • URL

      https://aero.apl-kyushu.page

  • [備考] 九州大学研究者情報

    • URL

      https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K006967

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公開日: 2024-12-25  

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