非定常・非一様ひずみ速度場における複雑流体のレオロジー・内部構造計測法の開発

开发非稳态和非均匀应变率场中复杂流体的流变和内部结构测量方法

• 批准号: 22K18766
• 负责人: 亀田 正治
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18766/
• 关键词: 流体工学; 光工学・光量子科学; 非ニュートン流; 光計測

複雑流体（complex fluids）のレオロジーは，ニュートン流体（粘度がひずみ速度に依存しない）とは異なり，流体の変形や時間発展による物質の内部状態変化の影響を受ける．流体内部の応力，ひずみ速度（ひずみ）分布と，物質の微視的構造や化学的性質を同時に把握する方法が必要である．そこで，ラボスケールかつ非定常計測への拡張が可能な，応力，ひずみ速度（ひずみ），物質の微視的構造・分子の状態を同時に把握する新しい方法論として，「光干渉断層撮影法（OCT）」による流動，構造計測と「ラマン分光法」による物質分子計測を複合した高時間分解レオロジー計測システムの構築を進めた．本年度は，三つのサブテーマに分けて研究を行った．第１に，OCT/ラマン複合計測システムの構築を進めた．赤外スーパールミネッセントダイオード（SLD）を光源とするドップラーシフトOCT流速計の組み立てに必要な部品を収集した．ラマン分光による物質分子計測の予備調査を行った．第２に，非ニュートン流体の管内流れの計測に向けて，比較検証用の高速度複屈折カメラによる応力場非定常計測システムのセットアップを行った．また，試験物質として，複屈折流体（セルロースナノクリスタルにヨウ化ナトリウムを加えた水溶液）を選定し，基本的なレオロジー特性試験を実施した．第３に，伸長流に対する時間分解計測に向けて，比較検証用の非線形有限要素法（FEM）数値シミュレーションを実施した．マルチフィジックスソルバー（COMSOL）での計算を前提に，さまざまなレオロジーモデルでの計算を可能にするよう，計算条件を整え，既往の実験（Arora et al. 2017）による応力・ひずみ測定結果との比較から，良好な計算結果が得られることを確認した．

After 雑 fluid (complex fluids) の レ オ ロ ジ ー は, ニ ュ ー ト ン fluid viscosity (が ひ ず に み speed dependent し な い) と は different な り, fluid の - shaped や time 発 exhibition に よ る material の internal state - the の を by け る. Fluid internal の 応 force, ひ ず み speed (ひ ず み) distribution と, micro material の depending on the structure of the chemical properties を や に at the same time grasp the す る method が necessary で あ る. そ こ で, ラ ボ ス ケ ー ル か つ unsteady measuring へ の company, zhang が may な, 応 force, ひ ず み speed (ひ ず み), tiny depending on the structure, material の の state を に at the same time grasp the す る new し い methodology と し て, "light dry involved fault of shadow method (OCT)" に よ る flow, Construction measuring と "ラ マ ン spectrometry" に よ る material molecular measuring を composite し た high time breakdown レ オ ロ ジ ー measuring シ ス テ ム の build を into め た. This year, けて, three サブテ サブテ サブテ サブテ に に に will study を lines った. 1に, OCT/ラ を combined measurement システム <s:1> construction を into めた. Red outside ス ー パ ー ル ミ ネ ッ セ ン ト ダ イ オ ー ド (SLD) を light と す る ド ッ プ ラ ー シ フ ト OCT meter の group み made て に な necessary part を 収 set し た. Youdaoplaceholder0 ラ による spectrometric による substance molecular measurement sample preparation investigation を line った. 2 に, non ニ ュ ー ト ン の tube flow れ の measuring に to け て, compare 検 card の high speed after inflectional カ メ ラ に よ る 応 unsteady force field measuring シ ス テ ム の セ ッ ト ア ッ プ を line っ た. ま た, test material と し て, after inflectional fluid (セ ル ロ ー ス ナ ノ ク リ ス タ ル に ヨ ウ change ナ ト リ ウ ム を plus え た aqueous solution) を し, selected basic な レ オ ロ ジ ー characteristics test を be applied し た. に 3, elongation flow に す seaborne る time decomposition measuring に to け て, compare 検 card の nonlinear finite element method (FEM), the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be applied し た. マ ル チ フ ィ ジ ッ ク ス ソ ル バ ー (COMSOL) で の に を premise, さ ま ざ ま な レ オ ロ ジ ー モ デ ル で の calculation を could に す る よ う, を whole え calculation condition, the usual の be 験 (Arora et al. 2017) に よ る 応 Rio DE ひ ず み determination results と の is か ら, A good な calculation result が confirms られる とを とを.

项目成果

フェーズフィールド法による粘弾性流体伸長変形におけるき裂進展の解明

使用相场法阐明粘弹性流体伸长变形中的裂纹扩展

• 发表时间: 2022
• 作者: 龍見 香穂;亀田 正治;山中 晃徳;市原 美恵
• 通讯作者: 市原 美恵

Non-Contact And Non-Steady Rheo-Optical Measurement Of Hydrodynamic Stress Fields Inside A Cylindrical Tube,

圆柱管内水动力应力场的非接触式非稳态流变光学测量，

• 发表时间: 2022
• 作者: Muto;M.;Worby;W. K. A.;Nakamine;K.;Yokoyama;Y.;Tagawa;Y.,
• 通讯作者: Y.,

流動複屈折計測とインデックスマッチングを複合した円管内流体応力場計測手法の開発

开发一种结合流动双折射测量和折射率匹配的圆管内流体应力场测量方法

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本流体力学会誌
• 作者: 武藤真和;ウォービーK.A.ウィリアム;中峰健登;横山裕杜;田川義之
• 通讯作者: 田川義之