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。

在自然界和工业中普遍存在许多软粒子悬挂在流体中的系统。在这项研究中，我们将进行微流体实验，以阐明作为控制这些悬浮液流动性的指南的基本流程原理。今年，我们使用上一年制造的微流体设备进行了（1）实验，并（2）使用新设计的微流体设备来控制微螺旋体的实验。（1）我们观察到一个系统的伪2D流动，其中具有单分散粒径的微颗粒群悬浮在石油相中，并分析了液滴群体的动力学。对均方根位移对液滴密度的依赖性的实验数据进行了编译，并将其与液滴相互作用的模拟进行了比较。此外，我们还进行了变形分析，重点是以下事实：在高密度区域中看到的实验结果与均方根位移的仿真结果之间的偏差来自液滴的微小变形。我们透露，可以根据液滴产生的流场来理解从实验数据分析中确认的变形场中的统计趋势。（2）我们试图使用单分散粒径的微副总体的伪2D流量来控制液滴排列。通过将支流正交连接到主流，我们通过应用支流的压力调制来成功改变了产生的液滴的轨迹。结果，还可以证实，液滴的空间分布成为特定频率周期性压力调制的双峰。此外，为了使用活细胞进行有关流量和变形的实验，开发了细胞培养环境并开始培养。