2014 Fiscal Year Research-status Report
格子ボルツマン法による複雑構造の微小流路内に多数の粘弾性体を含む混相流解析
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26420105
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
吉野 正人 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00324228)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 格子ボルツマン法 / 固液混相流 / 粘弾性物体 / 赤血球 / マイクロフルイディクス / 複雑流路 / 狭窄部 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成25年度までに実施した「マイクロスケールの複雑流路内における固液混相流解析に関する研究」をもとに，平成26年度は，計算手法の改良や適用範囲の拡張を行うことを目的として研究を行った．
まず，これまでは正方形ダクト内流れにおける赤血球の挙動解析を行ってきたが，これを円管内流れに拡張した．具体的には，デカルト座標系のまま，埋め込み境界法（Immersed Boundary Method）を用いて円管を表現し，その表面におけるすべりなし境界条件を満足するように設定した．次に，正方形ダクトの場合と同様に，円管に対しても狭窄部（スロート部）を設定し，流路が狭くなる箇所を変形する物体（赤血球）が通過する際の挙動について調べた．また，得られた計算結果について，正方形ダクト内流れにおける結果と比較した．その結果，次のことがわかった．１．円管内流れに対しても，物体の変形度の時間変化を調べたところ，正方形ダクト内流れの場合と同様に，他の実験データや数値計算結果と良く一致した．２．物体の径および終端速度を基準とするレイノルズ数が，Re=0.006程度の非常に遅い流れに対して，正方形ダクトと円管による結果を比較したところ，両者とも狭窄部付近で物体は流れ方向に大きく伸張し，管壁に接触することなく通過する結果が得られた．３．正方形ダクトと円管による結果を比較すると，円管内流れにおける物体の方が変形度は若干大きく，狭窄部をゆっくり通過することがわかった．
以上の結果から，正方形ダクト内流れよりも円管内流れの方が，物体は狭窄部の影響を大きく受け，もとの形状に回復するまでに要する時間は長くなることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
埋め込み境界法を導入して，狭窄部をもつ円管内流れの解析は予定通り実行することができた．しかしながら，湾曲部や分岐部をもつ流れの計算には少し時間がかかっており，現時点でそのような流れの解析結果はまだ得られていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，湾曲形状や分岐部を含む流路内の流れにも適用できるように，境界条件を改良する．その際，研究代表者らがこれまでに行ってきた多孔質構造内の熱流動解析を参考にし，壁面せん断応力などに対して精度検証を行う．
次に，複数個の粘弾性体を含む固液混相流解析に向けて，物体間および固体壁との相互作用について，モデルの検討およびその定量的な評価を実施する．
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