Elucidation of membrane filtration mechanism of emulsions by multiphysics numerical analysis and optimal design of microporous structure

通过多物理场数值分析和微孔结构优化设计阐明乳液膜过滤机理

基本信息

  • 批准号:
    22K04804
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 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

项目摘要

本年度は、集束イオンビーム電子顕微鏡(FIB-SEM)を用いた画像解析により、市販の精密ろ過膜の微細構造の取得を行った後、この数値的に得られた微細構造に対して液液二相流(水中油滴型エマルション)を透過させる数値シミュレーション手法の構築を行った。液液二相の自由界面流れの計算には自由エネルギー型のフェーズフィールドモデルを用いた。また、膜微細構造が有する複雑な形状周りの流れや液滴群の濡れを計算するために、埋込境界法とYoungの法則に基づく自由エネルギー型濡れモデルの開発および検証を行った。構築した数値シミュレーションモデルは、複雑な形状を有する膜微細構造内の速度場、圧力場のみならず、分散相のダイナミクスや透過現象を妥当に表現できるとともに、阻止率や透過係数といった膜性能の評価も可能であることがわかった。一方、膜微細構造内における自由界面流れの高解像度の数値シミュレーションは、計算負荷が非常に大きいため、深層畳み込みニューラルネットワーク(CNN)による流れ場の予測技術の開発を行った。ここではまず第一段階として、画像解析により得た実際の膜微細構造ではなく、モデル化した2次元の膜微細構造内の速度場や圧力場の予測を試みた。その結果、CNNによる速度場や圧力場の予測値は、数値シミュレーションの計算結果と概ね良好に一致していたものの、固体表面における予測精度が若干低下することが明らかとなり、その結果膜性能の予測精度も若干低下することがわかった。
This year, the cluster electron microscope (FIB-SEM) has been used to analyze the image, obtain the fine structure of the market and obtain the fine structure of the liquid-liquid two-phase flow (oil droplet in water). Calculation of free interfacial flow between liquid and liquid phases The micro-structure of the film has a complex shape, a flow of droplets, and a calculation method. The velocity field, pressure field, dispersion phase and transmission phenomenon in the microstructure of the film can be evaluated properly by constructing the numerical value of the film and the complex shape. Development of high resolution numerical simulation and computational load for free interface flow in a rectangular or membranous microstructure The velocity field and pressure field in the film microstructure of the first stage and the second stage are predicted by image analysis. As a result, the predicted values of the velocity field and pressure field used by CNN are in good agreement with the calculated results of the numerical simulation, and the prediction accuracy of solid surfaces is somewhat lower. This makes it clear that the prediction accuracy of the resulting film properties is somewhat lower.

项目成果

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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Airborne transmission of COVID-19 pathogens: effect of ventilation strategy
COVID-19 病原体的空气传播:通风策略的效果
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mohammadreza Shirzadi;Hamid Motamedi;Yoshihide Tominaga;Parham Ahranjani Mirzae;Toru Ishigami
  • 通讯作者:
    Toru Ishigami
Numerical simulation of aerosol permeation through microstructure of face masks coordinating with x-ray computed tomography images
  • DOI:
    10.1063/5.0129087
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Kodai Hada;M. Shirzadi;Tomonori Fukasawa;K. Fukui;T. Ishigami
  • 通讯作者:
    Kodai Hada;M. Shirzadi;Tomonori Fukasawa;K. Fukui;T. Ishigami
Numerical modeling for particulate flow through realistic microporous structure of microfiltration membrane: Direct numerical simulation coordinated with focused ion beam scanning electron microscopy
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2022.117872
  • 发表时间:
    2022-08-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Kawashima, Kenta;Shirzadi, Mohammadreza;Ishigami, Toru
  • 通讯作者:
    Ishigami, Toru
バグフィルター内粒子堆積挙動の数値シミュレーション
袋式除尘器颗粒沉积行为的数值模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    碩 渉夢;Shirzadi Mohammadreza;深澤 智典;福井 国博;石神 徹
  • 通讯作者:
    石神 徹
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mohammadreza Shirzadi;Hamid Motamedi;Yoshihide Tominaga;Parham Ahranjani Mirzae;Toru Ishigami;Toru Ishigami
  • 通讯作者:
    Toru Ishigami
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