Development of Intelligent Rheometry Designed by 2-D Ultrasonic Velocity Profiler

二维超声波速度分析仪设计的智能流变仪的研制

基本信息

批准号：
18J20516
负责人：
芳田泰基
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J20516/
关键词：
レオロジー流体計測超音波計測手法

项目摘要

産業・学理の多分野に最も広く利用される市販レオメータの原型は、二百年以上前に完成されており、ラボレベルの分析に用いられるトルク式の市販レオメータは、高い計測精度を実現している。一方、計測確度の保証にはいくつかの仮定が満たされる必要があるが、多くの非ニュートン性流体ではそれが満たされないことが多い。最たる要因として、測定対象物質と回転子壁面との間での滑りや、局所剪断層の発現、弾性的不安定性などが数多く報告されている。これらはすべて「流動」に起因する現象である。市販レオメータのユーザーの多くには認知されておらず、出力結果が盲信されている現状がある。この場合、レオメータにおける幾何設計固有の応答のみが計測され、得られる物性の実用性が乏しい。流体挙動を直接計測し、物性値の導出を試みる新たな手段が求められている。本研究では、速度分布計測と運動方程式に基づく運動学的レオメトリ (Kinematic を提案し、確立を目指す。これは、複雑流体のダイナミクスに対して、運動方程式を満たすようなレオロジー物性を逆算・定量化することができる。本年度は、非ニュートン性流体に適用可能な超音波スピニングレオメトリUSR を可搬型の技術として昇華させた。以前のUSRにおける計測方式では、サンプルを１L程度取り出す必要があったが、その必要がなくなり、貯蔵タンク内で計測を行うことができるようになった。現在、当該技術とインラインレオメータ技術の双方について論文における発表を控えている状況である。今後は、これら特許技術を足掛かりとして、企業・医療機関等と共同で開発研究を進めている計画を立てており、化学工業と食品工業、並びに医療研究機関とすでに計画がある。レオメータとしてのプロトタイプを完成させるとともに、即時産業応用可能なツールを開発するのが、今後の直近目標である。

在许多工业和学术领域应用最为广泛的市售流变仪的原型机已于200多年前完成，用于实验室级分析的扭矩型市售流变仪已经实现了很高的测量精度。另一方面，保证测量精度需要满足几个假设，而这些假设在许多非牛顿流体中通常无法满足。有许多报道指出，最重要的因素包括待测物质与转子壁之间的滑移、局部剪切层的出现以及弹性不稳定性。这些都是“流”造成的现象。许多市售流变仪的用户并没有意识到这一点，目前的情况是他们盲目相信输出结果。在这种情况下，仅测量流变仪中特定于几何设计的响应，所获得的物理性质几乎没有实际用途。需要新的方法来直接测量流体行为并得出物理性质值。在本研究中，我们提出并旨在建立基于速度分布测量和运动方程的运动流变测量法（Kinematic）。今年，我们将推出适用于非牛顿流体的超声波旋转流变测量法USR。以前的USR测量方法需要取出约1升的样品，但现在不再需要，并且可以在储罐内进行测量，我们目前正在准备发表有关该技术和在线流变仪技术的论文。。因此，我们正在计划与企业、医疗机构等进行联合研发，并且已经与化学工业、食品工业、医学研究机构完成了计划。我的近期目标是开发适用的工具。