Development of Hierarchical Computational Technique for Complex Flows in Surfactant/polymer Composites

表面活性剂/聚合物复合材料中复杂流动的分层计算技术的发展

• 批准号: 22H01186
• 负责人: 川勝 年洋
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01186/
• 关键词: 高分子; 界面活性剤; マルチスケールシミュレーション; 流体粒子(SPH)法; 超分子構造; 粘弾性; SPH法; べシクル

高分子と界面活性剤の混合溶液の複雑流動の階層計算の実現のために、マクロ流動を外部から制御する機構と、流体内部での自発的構造形成の機構を再現する計算アルゴリズムを開発した。複雑流体の階層計算には、我々が開発してきたMultiScale Simulation Platform for complex flows(MSSP)をもちいた。マクロ流動の制御の検証のためには、細管内のチャンネル流中に可動翼を取り付けた系を例として考え、この可動翼を動かすことで翼にはたらく力を計算した。MSSPのもつ移動境界の取り扱いの容易さを利用して、可動翼を流体中で回転させ、チャンネル流に対する稼働翼の迎え角を変化させた。チャンネル流を構成する複雑流体としては、高重合度高分子を表す線形粘弾性の連続体モデル及び、DNAのような強い伸び切り効果を持つ高分子鎖のモデルであるFENE粒子モデルを使用し、これらの結果をニュートン流体の場合と比較した。計算結果から、回転翼後方に生じる渦列の発生周波数と複雑流体中の高分子の緩和時間及び伸び切りの強さに強い相関があることが示された。この結果は、複雑流動の制御においてミクロとマクロの両方のスケールでの同時制御が必要であることを示しており、MSSPの機能拡張のための指針を得ることができた。上記の計算と並行して、界面活性剤ミセルを含む流体中での液滴の変形と界面活性剤の拡散過程の共同現象をシミュレートできるようにMSSPを拡張した。ミセルの変形による応力はダンベル集団を用いた分子モデルで表現し、界面活性剤の数密度場の拡散とカップルさせた。液滴の界面上での界面活性剤の数密度場の拡散により、液滴の界面張力が変動と流動変形が誘起される「マランゴニ効果」も再現できるようになった。このように、MSSPの界面活性剤系への拡張と大規模計算をおこない、定性的な確認及び動作テストをおこなった。

Polymer と interface active tonic の mixture の complex 雑 flow calculation の の class be presently の た め に, マ ク ロ flow を external か ら suppression す る と, fluid internal で の の organization structure formation from 発 を reappearance す る computing ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 し た. complex 雑 fluid <s:1> hierarchical computation に に, I 々が developed the <s:1> て た た たMultiScale Simulation Platform for complex flows(MSSP)を ち ち た た た. マ ク ロ flow の suppression の 検 card の た め に は, fine tube の チ ャ ン ネ ル stream に movable wing を take り pay け た department を example と し て え test, こ の movable wing を dynamic か す こ と で wing に は た ら を く force calculation し た. MSSP の も つ mobile realm の take り Cha い の easy さ を using し て, movable wing を fluid で back planning さ せ, チ ャ ン ネ ル flow に す seaborne る grain 働 wing の meet え Angle を variations change さ せ た. チ ャ ン ネ ル flow を form す る complex 雑 fluid と し て は を table す linear polymer glue, high contact ratio 弾 sex の even 続 body モ デ ル and び, DNA の よ う な strong い stretch び cut り unseen fruit を hold つ polymer lock の モ デ ル で あ る FENE particle モ デ ル を use し, こ れ ら の results を ニ ュ ー ト ン fluid の occasions と compare し た. Calculation results か ら, planning back wing rear に じ る vortex street の 発 life cycle for と complex 雑 fluid の polymer の moderate time and cut び stretch び り の strong さ に strong い phase masato が あ る こ と が shown さ れ た. こ は の results, the complex flow 雑 の suppression に お い て ミ ク ロ と マ ク ロ の struck party の ス ケ ー ル で の and suppression が necessary で あ る こ と を shown し て お り, MSSP の function company, zhang の た め を の Pointers to る こ と が で き た. Written の parallel computing と し て, interfacial active tonic ミ セ ル を containing an む fluid で の droplet の - shaped と interface active tonic の process company, in the common phenomenon を の シ ミ ュ レ ー ト で き る よ う に MSSP を company, zhang し た. ミ セ ル の - shaped に よ る 応 force は ダ ン ベ ル set 団 を with い た molecular モ デ ル で し, interfacial activity tonic の number density field の company, scattered と カ ッ プ ル さ せ た. Droplet の interface で の interface active tonic の number density field の company, scattered に よ り, droplet の interfacial tension が - flow dynamic と - shaped が induced さ れ る "マ ラ ン ゴ ニ unseen" も reappearance で き る よ う に な っ た. こ の よ う に, MSSP の interface active tonic is へ の company, zhang と large-scale computing を お こ な い, qualitative な confirmation and び テ ス ト を お こ な っ た.

项目成果

複雑流動のマルチスケールシミュレーション

复杂流动的多尺度模拟

• 发表时间: 2019
• 作者: 森井洋平;川勝年洋
• 通讯作者: 川勝年洋