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フェーズフィールド法による固気液多相流モデル構築とマイクロ流体デバイスの最適設計

相场法固-气-液多相流模型构建及微流控装置优化设计

基本信息

批准号：
19J15054
负责人：
相原慎太郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J15054/
关键词：
多相流問題 multi-phase-field法 Navier-Stokes方程式 GPU

项目摘要

人体内の任意の場所に薬を送り届けるドラッグデリバリーシステムは医療工学において最も将来的に期待されている薬物投与技術であり，癌等の治療にも極めて効果的である．このシステムにおいて重要な役割を果たす多相エマルションを効率的に形成するために，マイクロ流体デバイスによる実験的研究が行われている．しかしながら，多相エマルションを作成するためのデバイスは極めて小さく，その製作加工と実験観察は容易ではない．このため，従来の試行錯誤的な実験による系統的な評価は困難である．以上の背景の下，様々な要求に対する多相エマルションを作成するための，最適なマイクロ流体デバイス設計と流動条件を決定する，コンピュータシミュレーション技術が必要不可欠である．多相エマルションの作成過程は3相以上の多相流問題であり，気液相の大変形や合体・分離が生じる．さらに，μmオーダーにおける現象であるため界面エネルギーの影響を精度よく考慮する必要がある．フェーズフィールド法は拡散界面モデルであり液滴の大変形，結合・分離，界面エネルギー効果を精度良く表現可能であることから，その拡張形であるマルチフェーズフィールド (MPF)モデルが多相エマルション形成シミュレーションの強力なツールとなることが期待される．そこで，本研究では構築した任意の多相流を表現可能なMPFモデルを用いて，多相エマルション形成を表現可能なモデルを新規に構築することを目指す．当該年度においては，先の研究において提案したモデルを改善することでより高精度な多相流MPFモデルを構築し，体積保存性の向上を行った．そして構築したモデルと従来のモデルとの比較を通して本モデルの有用性を示し，その内容に関してまとめた論文1編を執筆した．また，次のアプリケーションとしてマイクロチャネル内を流れる多相流が多相エマルションを形成する過程のシミュレーションに取り組んでいる．

Medical engineering is looking forward to the future of drug delivery and technology in the treatment of cancer and other diseases. The study on the formation of multi-phase fluid systems is very important. It's easy to make it This is the first time I've ever seen someone who's been trying to make a mistake. Under the above background, it is necessary to design and determine the optimal fluid flow conditions for the multiphase system. The multi-phase flow problem of more than 3 phases is solved in the process of multi-phase flow, and the large-scale formation and separation of liquid phase are generated. The phenomenon of μ m is necessary to consider the influence of the interface. The method of dispersion of the interface can be used to form large shapes of droplets, to combine and separate, and to produce results with good accuracy. The method of dispersion of the interface can be used to form large shapes of droplets, to combine and separate, and to produce results with good accuracy. In this study, we construct a new model for the performance of arbitrary multiphase flow, MPF, and the formation of multiphase flow. When the year goes by, prior research has been conducted to improve the quality of MPFs with high accuracy and volume preservation. The first part of this paper was written by the author. The second phase flow is the multiphase flow in the multiphase flow.