数値計算によるマイクロ流れ場の撹拌評価法の確立と工学的応用

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650183
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 大上 芳文 立命館大学, 理工学部, 助教授 (30203722)
• Keywords: マイクロ流れ / マイクロディバイス / CFD / 攪拌 / ランダムウォーク

Research Abstract

実用的で効率的な光圧マイクロ撹拌素子の設計を行うために、コンピューターによるシミュレーション手法の確立と素子の流体力学的特性の理論解析を行った。
具体的には
1.ミクロの世界での拡散現象を模擬するためにランダムウォーク法をナビア・ストークス方程式に融合させ、回転する物体を境界条件とする非定常なマイクロ流れ場の解を求めるための計算コードを完成させた。
2.水とエタノールを用いてシミュレーションを行い拡散混合のメカニズムを明らかにし、混合度の定量的評価法を確立した。また、2液混合の定常までの遷移過程についてもその特性を明らかにした。
3.仮想粒子を用いた可視化によって、回転体の対流効果による撹拌・混合効果が促進されていることを確認し、そのメカニズムを明らかにした。
4.実用的で効率的なマイクロ撹拌素子設計のための最適なパラメータを明らかにするための計算手法を確立した。その結果、流体の速度、回転体の回転速度と撹拌率との間に相似性があることを見いだすことができた。また、撹拌率が最大となる条件も明らかにした。

Research Products

• [Publications] 南雲健司,大上芳文: "マイクロスケールにおける流体の拡散、混合現象のCFDシミュレーション(ランダムウォークの導入)"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. 00・1. 711-712 (2000)
• [Publications] 琴浦彰彦,大上芳文,南雲健司,浮田宏生: "数値シミュレーションによる光圧回転体の攪拌性能の向上"関西支部第76期定時総会講演会講演論文集. (2001年3月発表予定). (2001)