流体内部構造ミクロシミュレーションを組み込んだ複雑流体の流動シミュレータの開発

开发结合流体内部结构微观模拟的复杂流体流动模拟器

基本信息

批准号：
17760142
负责人：
山本剛宏
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

複雑流体の内部構造の変化は,流体の特異なレオロジー特性や流動挙動の原因であるため,流動中の流体内部構造の解析は,複雑流体の流動メカニズムの解析のために重要な情報をもたらす.複雑流体の流動誘起構造の解析にはミクロシミュレーションがよく用いられているが,単純な流れ場を対象とするものが主である。そこで,本研究では,より複雑な流れ場における流動誘起構造の解析を目指し,ミクロシミュレーションとマクロな流動解析とをカップリングした流動シミュレータの開発を試みた.本研究では,高分子流体,エマルション,サスペンションを対象として,シミュレータの開発のための基礎的研究を行った.高分子流体に対しては,絡み合い効果を考慮したモデル高分子を用いたブラウン動力学(BD)シミュレーションにより流路内流れのシミュレーションを行い,壁面の影響を調べた.また,マイクロ流路内流れの解析を想定し,壁面との相互作用を考慮した解析のための分子モデルを提案し,さらにそのモデルに基づく構成方程式を導出した.さらに統計力学的シミュレーションと紡糸流れとのカップリングについて検討した.エマルションについては3次元せん断流れ場と急縮小流路内流れにおける液滴変形挙動の解析プログラムを作成し,粘弾性液滴の変形挙動を解析した.本プログラムはエマルション中の液滴変形挙動解析プログラムの基礎となる.サスペンションについては,円板状粒子分散系に対するBDシミュレーションの伸長流れ場への適用の検討を行なった.また,サスペンション中の粒子の移流方程式の係数をBDシミュレーションから求め,ミクロシミュレーションとマクロ流動解析をカップリングするシミュレーション手法の可能性を検討した.

复杂流体内部结构的变化导致了流体独特的流变特性和流动行为，因此对流体在流动过程中内部结构的分析往往为复杂流体流动机理的分析提供重要信息。用于分析复杂流体的流致结构，但主要针对简单流场。因此，在本研究中，我们尝试开发一种将微观模拟和宏观流动分析相结合的流动模拟器，旨在分析更复杂流场中的流动引起的结构。我们为悬浮液模拟器的开发进行了基础研究。液体为此，利用考虑了缠结效应的模型聚合物，通过布朗动力学（BD）模拟了通道内的流动，并研究了壁面的影响。此外，还对微通道内的流动进行了分析我们提出了一个考虑与壁表面相互作用的分子模型，然后基于该模型开发了一个本构方程。此外，我们研究了统计力学模拟与旋转流动之间的耦合。对于乳液，我们创建了三维剪切流场中的液滴变形行为和快速收缩通道中的流动的分析程序，并分析了粘弹性液滴的变形行为。分析了乳液中液滴的变形。该程序是乳液中液滴变形行为分析程序的基础。对于悬浮液，我们研究了BD模拟在盘形颗粒分散系统的细长流场中的应用。我们还根据BD模拟确定了悬浮液中颗粒的平流方程的系数，并计算了我们研究了耦合分析的模拟方法的可能性。