空間的に精緻な流動・物性分布計測が解き明かす粘弾性流体の不安定流動遷移の起源

通过空间精确的流动和物理性质分布测量揭示粘弹性流体不稳定流动转变的起源

• 批准号: 22K14183
• 负责人: 市川 賀康
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14183/
• 关键词: 粘弾性流体; マイクロ流体; 蛍光分子ローター; 粒子画像流速計; ソフトマター; 高分子溶液; 粘度分布イメージング; 粘度分布計測; 3次元3成分流速計測

粘弾性流体に対して断続的なせん断速度が働くように，連続した急拡大・急縮小構造を有するマイクロ流路内部の流動について調査を行っている．当該年度は，高分子であるポリアクリルアミド(HPAM)水溶液を用いて，マイクロ流路内における流動の様子を，PIVおよびPTVを駆使して調査した．まず，高分子の干渉が無視できない準希薄状態の溶液を用いて実験を行った．そして，shear bandingと呼ばれる，異なるせん断速度の層が形成される不安定現象が構造間で生じることを確認した．特に，構造間内部の低速流動域において，回転およびせん断の両方の挙動を示す複雑な流動が形成されることを明らかにした．続いて，高分子同士の干渉が無視できる希薄状態の溶液を用いて，同様に構造間の流動を調査した．その結果，構造間には応力緩和のために低速域が形成され，低速域内部の流動は，流量の増大に伴い急激な速度変動を有する流動状態へと遷移することを確認した．この状態における低速域の流動は非定常的ではなく，周期的な振動挙動を示した．そのため，特定の流路構造および実験条件においては，粘弾性流体であるHPAMの溶液は流量の増大に伴って定常状態から非定常状態へと一気に遷移するのではなく，周期的な状態を経て非定常状態へと遷移することが示唆された．また，粘弾性流体の粘度分布イメージングを実現すべく，溶液の粘度に反応して蛍光輝度が変化する蛍光分子ローターを使用した計測法の確立にも取り組んだ．そして，急拡大・急縮小構造を有するマイクロ流路中で局所的に変化する粘度分布の可視化にも成功した．

Sticky fluid 弾 sex に し seaborne て broken 続 な せ ん speed が 働 く よ う に, even 続 し た nasty company, big, sharp narrowing a す を construction る マ イ ク ロ flow internal flow の に つ い を line っ て survey て い る. When the annual は, polymer で あ る ポ リ ア ク リ ル ア ミ ド (HPAM) aqueous solution を with い て, マ イ ク ロ flow within に お け る flow の others child を, PIV お よ び PTV を 駆 make し て survey し た. Youdaoplaceholder0, polymer <s:1> interference が ignore で な な まず quasi-thin state <s:1> solution を use まず て laboratory を った った そ し て, shear banding と shout ば れ る, different な る せ が form さ ん break speed の layer れ る instability phenomenon が で between tectonic じ る こ と を confirm し た. に, internal の low-speed flow between tectonic domain に お い て, back to the planning お よ び せ ん broken の struck party の 挙 dynamic を す in complex 雑 な flow が form さ れ る こ と を Ming ら か に し た. 続 い て, polymer with の dry involved が ignore で き る state and thin の solution を い て, with others in に の flow between tectonic を survey し た. そ の as a result, the structure between に は 応 force easing の た め に low-speed domain が form さ れ, low-speed domain は の flows, internal flow の raised big に partner い nasty shock dynamic を な speed variations have す る flow state へ と migration す る こ と を confirm し た. The <s:1> <s:1> state における low-speed domain <e:1> flow <s:1> unsteady で なく なく なく, periodic な vibration 挙 movement を indicates た た. そ の た め, specific の flow structure お よ び be 験 conditions に お い て は, sticky fluid 弾 sex で あ る HPAM solution の は flow の raised big に partner っ て steady state か ら unsteady state へ と a 気 に migration す る の で は な く, cycle state of な を 経 て unsteady state へ と migration す る こ と が in stopping さ れ た. ま た, sticky 弾 の sexual fluid viscosity distribution イ メ ー ジ ン グ を be presently す べ く, solution viscosity の に anti 応 し て 蛍 が glorious degrees - the す る 蛍 light molecular ロ ー タ ー を use し た の measuring method to establish に も group take り ん だ. そ し て, nasty company, big, sharp narrowing a す を construction る マ イ ク ロ で bureau in the flow of に variations change す る viscosity distribution の visualization に も successful し た.

项目成果

元祐研究室HP

本助实验室HP

ピラーアレイを有するマイクロ流路内における準希薄高分子溶液の流れ

半稀聚合物溶液在柱阵列微通道中的流动

• 发表时间: 2022
• 作者: Ichikawa Yoshiyasu;Motosuke Masahiro;市川賀康，元祐昌廣
• 通讯作者: 市川賀康，元祐昌廣

Shear banding flow behavior around the periodic triangle-shaped pillars in microchannel

微通道中周期性三角形柱周围的剪切带流动行为

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshiyasu Ichikawa;Masahiro Motosuke
• 通讯作者: Masahiro Motosuke

Viscoelastic flow behavior and formation of dead zone around triangle-shaped pillar array in microchannel

微通道内三角形柱阵列粘弹性流动行为及死区形成

• DOI: 10.1007/s10404-022-02549-9
• 发表时间: 2022
• 期刊: Microfluidics and Nanofluidics
• 影响因子: 2.8
• 作者: Ichikawa Yoshiyasu;Motosuke Masahiro
• 通讯作者: Motosuke Masahiro

マイクロ流路内の三角形ピラーアレイ周りにおける高分子溶液の挙動

微通道中三角柱阵列周围聚合物溶液的行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 脇 優一;本木 慎吾;河原 源太;Seiya Watanabe;市川賀康，元祐昌廣
• 通讯作者: 市川賀康，元祐昌廣