Spatiotemporal structure and rheological property of many body soft particle flow

多体软颗粒流时空结构及流变特性

基本信息

批准号：
21K13891
负责人：
伊藤弘明
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

多数のやわらかい微粒子が流体に懸濁した系は、自然界、産業界に普遍的に存在する。本研究では、これらの懸濁液の流動性を制御するための指針となる基礎的な流動原理の解明を目指し、マイクロ流体実験を行う。本年度は、(1) 前年度に作製したマイクロ流体デバイスによるミクロ液滴の流動実験、(2) 新たに設計したマイクロ流体デバイスによるミクロ液滴の配置制御実験を実施した。(1) 粒径単分散なミクロ液滴集団が油相に懸濁した系の擬2次元流れを観察し、その液滴集団のダイナミクスを解析した。平均二乗変位の液滴密度依存性の実験データをまとめ、液滴間相互作用を考慮したシミュレーションとの比較を行った。また、高密度領域で見られた平均二乗変位の実験結果とシミュレーション結果のずれが液滴の微小変形に由来することに着目し、変形解析も行った。実験データの解析から確認された変形場の統計的な傾向について、液滴が生む流れ場にもとづいて理解できることを明らかにした。(2) 粒径単分散なミクロ液滴集団の擬2次元流れについて、外部入力による液滴配置の制御を試みた。主流に直交する支流を接続し、支流から圧力変調を印加することで生成された液滴の軌道を変化させることに成功した。その結果、特定の周波数での周期圧力変調に対して、液滴の空間分布が二峰性となることも確認した。また、生細胞を用いた流れと変形の実験を行うため、細胞培養環境の整備を行い、培養を開始した。

大量软颗粒悬浮在流体中的系统在自然界和工业中普遍存在。在本研究中，我们将进行微流体实验，目的是阐明基本流动原理，作为控制这些悬浮液流动性的指南。今年，我们进行了（1）使用前一年创建的微流控装置进行微滴流动实验，以及（2）使用新设计的微流控装置控制微滴放置的实验。 (1)观察了悬浮在油相中的单分散微液滴群的系统的准二维流动，并分析了液滴群的动力学。我们总结了均方位移对液滴密度依赖性的实验数据，并将其与考虑液滴-液滴相互作用的模拟进行了比较。我们还关注了在高密度区域观测到的均方位移的实验结果与模拟结果之间的差异是由于液滴的微小变形造成的，并进行了变形分析。结果表明，通过实验数据分析所确认的变形场的统计趋势可以根据液滴产生的流场来理解。 (2)我们尝试使用外部输入来控制具有单分散粒径的微滴群的准二维流动的液滴排列。通过连接与主流正交的支流并应用支流的压力调制，我们成功地改变了生成的液滴的轨迹。结果，我们证实，液滴的空间分布响应于特定频率的周期性压力调制而变成双峰。另外，为了利用活细胞进行流动和变形实验，准备了细胞培养环境并开始培养。