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再現と計測の融合による複雑流体の解析

通过再现和测量相结合来分析复杂流体

基本信息

批准号：
20J13227
负责人：
永澤謙太郎
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13227/
关键词：
レオロジー流体力学最適化

项目摘要

本研究は再現と計測の融合による複雑流体の解析を目指すものであり，当該年度は，複雑流体の流動性に関する物性を測定を行うための動画を用いた簡便な手法の開発に関する研究を行い，この研究成果及び前年度までの研究成果を博士論文として纏めた．水などの一般的な流体に比べ、内部に大小様々なコロイドや高分子が分散および溶解している複雑流体には，粘性が流れ速度に伴い変化する性質や，固体的な性質を持つなど多様な流動性を持つ．これら複雑流体の流動性を測定するためには，一般に高額な機械的実験装置（レオメータ）を必要とするため，一般にコストが高い．そこで対象の流体の流動挙動を撮影した動画を撮影し，シミュレーション（MPM）で再現される動画との差分を誤差を最適化することによって，複雑流体の流動性を測定できる簡便な方法を目指す．本年度では前年度での結果を元に，手法の有効性の検討と改良を行った．測定のために入力する流動挙動を再現するための，より適切な実験条件を与えるための方法およびアルゴリズムを誤差のヘッセ行列を利用することで提案した．この改良した手法の検証をトイモデル的な状況からより現実的な状況を含む3ステップで検証した．まず人工データ(①平面ポアズイユ流れの速度場、②二次元ダム崩壊流れの流体の外形)を入力として有効性の評価を行った．またこれらの手法とアルゴリズムの有効性を確認した後に，③実データとして実際の複雑流体(主に流動性食品)に対して，提案した手法を用いた測定を行い，既存のレオメーターで測定した流動性の結果と比較を行った．複数の性質の異なる試料に対して，提案手法の有効性を確認することができた．これまでの結果から複雑流体の流動性を，その動画から測定を行う有効性を明らかにした．これらの研究成果を博士論文として纏め発表した．

This paper presents the results of the study on the analysis of complex fluids and their properties. Water is a general fluid with different ratios, internal sizes, dispersion and dissolution of polymers. For complex fluids, viscosity varies with flow velocity, properties vary, and properties of solids vary. The fluidity of the complex fluid is usually measured by a mechanical device. A simple method for measuring the fluidity of a complex fluid is presented. This year's results are different from those of the previous year. The method of measuring the flow rate of the fluid is proposed. This improved method of identification includes three different types of identification. Artificial flow field (1) velocity field of planar flow field (2) shape of quadratic flow field (3) force and property evaluation (4). The method is to determine whether there is a problem or not, and to compare the results. The property of the sample is different from that of the original sample. The result is that the fluidity of the complex fluid is determined by animation. The results of this research are presented in the dissertation.