2011 Fiscal Year Annual Research Report
Shear-thinning性を有する粘弾性流体中における気泡運動の数値解析
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21560161
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
太田 光浩 室蘭工業大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00281866)
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| Keywords | 気泡ダイナミクス / 液滴ダイナミクス / 変形分裂ダイナミクス / Shear-thinning特性 / 粘弾性特性 / 数値解析 |
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| Research Abstract |
本課題で開発した粘弾性流体に対するChilcott-Rallison(FENE-CR)モデルとShear-thinning特性に対するCarreauモデルを融合したハイブリッドモデルに基づいた三次元数値解析コードを用いて,剪断場における液滴の変形・分裂ダイナミクスの解析を行った.
まず,基本となるニュートン流体系の剪断場における液滴の変形・分裂運動の解析を行った.これらの系はすでに既研究で多く報告されている.Reynolds(Re)数とCapillary(Ca)数が重要な無次元数となるが,幾つかのRe数とCa数条件で解析の再現性を確認した.次に弾性効果だけを明白にするためにChilcott-Rallison(FENE-CR)モデル流体系の剪断場における液滴の変形・分裂ダイナミクスの解析を行った.弾性効果が大きく出現するように緩和時間を大きくした解析を行い,明らかにニュートン流体系とは異なった変形・分裂現象となることを明らかにした.変形液滴の先端部分に高弾性応力がかかるために,Cusp形状が形成されるのが大きな特徴である.また,ニュートン流体系では分裂に至った現象でも,FENE-CR流体系では分裂せずに伸び続け,解析領域が不足するこことなった.これも,液滴周りに形成される高弾性応力の影響であると考えられる.ハイブリッドモデル流体系での解析も開始したが,十分に評価できるところまで行っていない.ただし,粘度減少効果と弾性効果が相乗的に液滴の変形・分裂ダイナミクスに関与していることは明らかになった.
その他として,ハイブリッドモデル流体系を上昇する液滴運動解析を行い,気泡上昇運動とは異なった運動となることを示した.粘度減少および弾性効果の影響は液滴の方がよりはっきりとした形で出現する.また,付随した解析としてShear-thickening流体中の気泡上昇運動の解析を行い,粘度増大効果を明白にした.
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