2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of online ultrasonic Doppler rheometry
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18KK0105
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
村井 祐一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80273001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
PARK HYUNJIN 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00793671)
熊谷 一郎 明星大学, 理工学部, 教授 (50597680)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 流体工学 / レオロジー / 非ニュートン流体 / 混相流 / 超音波 / 物性計測 / 複雑流体 / オンライン計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題はオンラインレオメトリーを開発・実現するために，スイス連邦工科大学(ETH)との共同開発を行ってきた．またETHとの連携をもつ中国・天津大学とも間接的な共同研究を進めた．初年度である2018年度は，超音波ドップラー流速分布計(UVP)で取得される流速分布から不透明流体の圧力分布を計測する手法を開発した．2019年度は，以下の項目について成果を得た．[1]水・油・ガスの３相流における超音波パルスによる相分布と流量の測定技術を開発した．その成果はInt. J. Multiphase Flowに掲載された．[2] 乱流境界層における気膜の分布について高時間分解可能な超音波パルスエコーグラフィを開発し，気膜エコーから気膜形状の統計を抽出する手法を確立した．その成果はExp. Thermal Fluid Sci.に掲載された．[3]超音波ドップラー信号から複雑非ニュートン流体のレオロジー物性を短時間に取得する独自の手法を開発した．その成果は，Journal of Rheologyに掲載された．また粒子や気泡などの分散体が空間組織化するときの粘弾性の発現プロセスについて本手法を利用して発見し，その成果はPhys. Fluidsに掲載された．またその論文は同学術誌におけるEditor Choiseとしてトップページに掲載された．[4]これらの応用として食品加工プロセスにおける流動構造と伝熱特性について実験を実施し，その成果もPhys. Fluidsに掲載された．以上の共同研究の推進のため2019年10月28～29日には，ETHを会場として北海道大学とETHの学術交流シンポジウムを開催した．２校から本課題と専門性で関連する総勢30名の研究者が集結し，今後の研究計画を策定した．
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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
上記のとおり成果が多数出始めて，国際学術誌の掲載数も多くなっているため順調と見なされる．また現在，さらに５つの論文の投稿準備中であり，成果の発信が増える見込みである．特に2019年度は，代表者がコーディネータとなり，スイス連邦工大学チューリッヒ校(ETH)と北海道大学の間で本課題分野の専門家が集結した学術交流シンポジウムを開催した．ETHの食品加工研究室がホストとなり，2日間で20件の最新研究成果の発表の交換を行うとともに，本技術開発を活かした食品高付加価値化研究ならびにマイクロプラスチック汚染対策技術の開発について今後の研究計画とすることに合意した．また分担者の熊谷はゲル粒子のレオロジー計測でETHに滞在し，共同での新規の成果を獲得した．朴は超音波ドップラーとエコーの高時間分解化に成功した．代表者の村井は非ニュートン流体の超音波およびPIV計測データから粘度分布と圧力分布を同時に取得する物理融合計測スキームを開発し，国際シンポジウム等で発表した．なお，本課題を含む物理融合計測とデータ同化については，日本機械学会を通じて代表者が企画・提案した日本学術会議マスタープランに内定した．さらに北海道大学においては本課題について，農学研究拠点プログラムに採用が決定するなど，本課題の進捗とともに内外との広範な連携と展開が生じている．以上のことから順調と判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題は３つのテーマから構成され，それぞれの研究を推進する．テーマ1は流速分布測定技術とレオロジー支配方程式のデータ同化，テーマ2は，超音波や光による組織や物性の空間分布を可視化するレオグラフィ，テーマ3は，機械学習の利用を前提としたレオロジービッグデータの構築システムの開発である．テーマ1は主として代表者の村井がリードして開発しており，最終年度である2020年度は非ニュートン流体の2次元流れ場から圧力分布を含む応力テンソル分布全体を多次元定量可視化する技術を開発する．テーマ2については振動せん断流において実現できる数理スキームを確立したので，とくに難問となっているチキソトロピー流体への試験に発展させる．テーマ3については，ETHのP.Fischer教授と連携し，村井，朴，熊谷が協力しながら，機械学習型のレオメトリーを設計する．なお，ETH側からの希望により，本課題を中核とした行事として2020年9月28～29日に，北海道大学を会場として次回の２校間の学術交流シンポジウムを開催することが決定している．このシンポジウムでは，北海道大学が主導する北海道農学拠点プログラム（会員数500名以上）と，北海道大学工学研究院が主導するｆ３工学拠点プログラム（会員数100名）との一体運用とし，本課題の食品，環境，工業分野における展開を議論する予定となっている．
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| Causes of Carryover |
新型コロナの影響で予定していた物品が年度内に納品されなかったため．2020年度にあらためて発注予定です．
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