粘弾性マイクロジェットの能動制御と次世代製造プロセスへの展開

粘弹性微射流的主动控制及其在下一代制造工艺中的应用

基本信息

批准号：
20H00223
负责人：
田川義之
金额：
$ 28.79万
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 Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，衝撃力を利用した超音速・高粘度マイクロ液体ジェット生成法（代表者の開発技術）に基づき，ジェットの伸長・分裂・衝突という医学・工学応用に不可欠な各要素の物理機構解明・能動制御を達成するため，次世代製造プロセスにとって需要の高い粘弾性液体ジェットに焦点を絞り，学術的に未解明な特徴的挙動を解明に取り組み続けている．粘弾性マイクロ液体ジェットの大伸張プロセスの解明・制御のために，ジェットが大きく伸長した後，分離せずに出戻る新現象に着目し，粘弾性マイクロ液体ジェットの分離・マイクロ液滴形成プロセスの解明・制御のため，粘弾性流体の液糸の分離過程を実験調査した．ジェット分離位置・時間を測定した結果，粘弾性マイクロジェットでは分離に至るまでに顕著な伸張効果が確認され，可視光カメラの解像限界(500 nm)以下の液糸が数秒間も持続し，液滴を保持・合体させる現象が見られた．分担者（長津）所有のレオメータによりレオロジー特性の測定を行い，粘弾性特性が分離過程に与える影響を調査した．さらに，マイクロジェット先端から分離した液滴直径がマイクロサイズの場合，固体壁に衝突した液滴が従来理論に反して飛散しない現象を発見したがこれには，従来理論が立脚する連続体仮定が適用できないため，新たな物理描像に基づく理論として実験結果に基づく液滴飛散理論を構築した上で，混相数値計算を援用し，液滴拡大制御/飛散抑制を試みた．そして，以上の知見を踏まえ，次世代製造プロセス実現に向けた学術課題として無針注射器による生体組織への貫入挙動モデルを完成させた．

在这项研究中，我们将基于利用冲击力的超音速高粘度微流体射流产生方法（该技术由美国宇航局开发的技术）阐明射流伸长、分裂和碰撞的物理机制，这对于医学和工程应用至关重要。・为了实现主动控制，我们将重点放在下一代制造工艺需求量很大的粘弹性液体射流上，并继续阐明学术上未知的特征行为。为了阐明和控制粘弹性微液体射流的大伸长过程，我们针对射流大伸长后返回而不分离的新现象，研究了粘弹性微液体射流的分离和微滴形成过程。为了阐明和控制该过程，我们通过实验研究了粘弹性流体中液丝的分离过程。测量射流分离位置和时间的结果证实，粘弹性微射流在分离前具有显着的伸长效果，并且低于可见光相机分辨率极限（500 nm）的液丝持续了数秒A。观察到液滴滞留并聚结的现象。使用同事（Nagatsu）拥有的流变仪测量流变特性，并研究粘弹性特性对分离过程的影响。此外，我们发现，当从微射流尖端分离的液滴的直径为微米级时，与固体壁碰撞的液滴不会分散，这与传统理论相反，因为这不能应用，所以我们构建了一个液滴。基于实验结果的散射理论作为一种基于新物理图景的理论，然后利用多相数值计算来尝试控制液滴膨胀和抑制散射。基于上述知识，我们完成了无针注射器刺入活组织的模型，作为旨在实现下一代制造工艺的学术项目。

项目成果

期刊论文数量（123）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Large impact velocities suppress the splashing of micron-sized droplets

大的冲击速度抑制微米级液滴的飞溅

DOI：
10.1103/physrevfluids.6.023605
发表时间：
2021
期刊：
Physical Review Fluids
影响因子：
2.7
作者：
Usawa;M.;Fujita;Y.;Tagawa;Y.;Riboux;G.;and Gordillo;J.M.
通讯作者：
J.M.

Background-oriented Schlieren technique with vector tomography for measurement of axisymmetric pressure fields of laser-induced underwater shock waves

用于测量激光诱导水下冲击波轴对称压力场的矢量层析成像背景导向纹影技术

DOI：
10.1007/s00348-022-03524-4
发表时间：
2022
期刊：
Experiments in Fluids
影响因子：
2.4
作者：
Ichihara;S.;Shimazaki;T.;Tagawa;Y.,
通讯作者：
Y.,

Ouzo column under impact: formation of emulsion jet and oil-lubricated droplet

碰撞下的茴香柱：形成乳液射流和油润滑的液滴

DOI：
10.1021/acs.langmuir.0c01692
发表时间：
2021
期刊：
Langmuir
影响因子：
3.9
作者：
Kamamoto;K.;Kiyama;A.;Tagawa;Y.;and Zhang;X.
通讯作者：
X.

Chemical Flooding for Enhanced Heavy Oil Recovery via Chemical-Reaction-Producing Viscoelastic Material

DOI：
10.1021/acs.energyfuels.0c01298
发表时间：
2020-08
期刊：
Energy & Fuels
影响因子：
5.3
作者：
Y. Nagatsu;K. Abe;Kaori Konmoto;K. Omori
通讯作者：
Y. Nagatsu;K. Abe;Kaori Konmoto;K. Omori

マイクロ・ナノ熱工学の進展

微纳热工程研究进展

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
マイクロ・ナノ熱工学の進展編集委員会;丸山　茂夫;稲田　孝明ほか17名
通讯作者：
稲田　孝明ほか17名

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田川義之其他文献

壁面微細気泡と液中キャビテーション・液体ジェットの生成

产生壁微泡、浸没空化和液体射流

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kuwahata Akihiro;Kitaizumi Takahiro;Saichi Kota;Sato Takumi;Igarashi Ryuji;Ohshima Takeshi;Masuyama Yuta;Iwasaki Takayuki;Hatano Mutsuko;Jelezko Fedor;Kusakabe Moriaki;Yatsui Takashi;Sekino Masaki;田川義之
通讯作者：
田川義之