2020 Fiscal Year Research-status Report
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18K03572
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
下川 倫子 福岡工業大学, 工学部, 助教 (80554419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂口 英継 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90192591)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 界面不安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、渦輪の多角形への変形メカニズムの解明を通して粘性流体における非平衡界面の変形現象を理解することである。粘性流体中を沈降する液滴は 沈降過程で渦輪に変形した後、自発的にいくつかの液滴に分裂する。日常生活で使用する万年筆のインクとグラスに注いだ水を使えば、誰でも簡単に観察できる身近な現象であるが、液滴の形状や沈降速度が時間とともに変化する非定常な系であるため、そのダイナミクスが十分に理解されているとは言えない。そこで、我々は液滴と粘性流体の界面で生じる不安定化に関する実験的研究を通して、そのダイナミクスを理解することを考えた。今年度は、粘性流体の水深を浅くした条件下で起こる水平方向の二流体界面の不安定化に焦点を当て、研究を進めた。液滴に含まれる界面活性剤の濃度と粘性溶液の粘度を変化させ、二流体界面で不安定化が起こるパラメータ領域を実験で調べた。実験結果の理解のため、二流体の界面張力差による液滴溶液の駆動、二流体界面で生じるコロイド凝集、二流体界面で凝集されたコロイドのはきよせを考慮した現象論的モデルを提案し、モデルの安定性解析から界面の安定性について議論した。現象論的モデルで得られた結果は実験結果と同様の傾向を示す。これらの結果から、二流体の水平界面で起こる不安定化において、①二流体の界面張力差による駆動、②二流体界面でのコロイド凝集、③凝集コロイドのはきよせといった3つの要因が重要であることがわかった。本研究については、国際学会や国内の学会で発表し、学術論文として成果を公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
渦輪の変形ダイナミクスは3次元で起こる物理現象である。本年度は水平面での界面不安定性に着目した実験を組み立て、得られた実験結果に関して、現象論的モデルを用い、物理ダイナミクスの解釈を示した。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の研究実施内容は、今まで行ってきた鉛直方向における二流体界面の不安定化及び本年度に行った水平方向における二流体界面での不安定化に関する研究結果の融合により、3次元で起こる多角形渦輪の形成メカニズムの理解を目指す。また、最終年度は、いままでの研究成果のまとめと、対外的な発表を実施することとしていたため、これまでの成果について可能な限り広く発表していくことを実施する。新型ウィルスの影響で海外渡航が困難な場合があるが、その場合はオンラインなどを用いて国内外の学会等で広く成果発表をしていく予定である。
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| Causes of Carryover |
残額は、コロナウイルスの影響により、当初、計画していた国際会議での発表ができなかったことによるものであり、研究計画の未達による物ではない。
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