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复雑系の粉体、混相流の直接数値シミュレーションに関する研究。
分散系流れの数値モデリングや复雑现象の解明に取り组む。
私は、さまざまな分散系の直接数値シミュレーション技术の开発およびその応用に関する研究をおこなっています。
「分散系」というのは、気体や液体などの中に小さな粒々があるようなもののことで、液体中に0.1?10μm（マイクロメーター）程度の固体微粒子が分散した「サスペンション」や、気体の中に微粒子が多数浮かんでいる「エアロゾル」、水の中に油の小さい粒々があるような「エマルション」 などの種類があります。
それぞれの例を挙げますと、サスペンションは歯磨きペーストや涂料、エアロゾルはミストや大気汚染物质、エマルションはマヨネーズや化粧品のクリームや乳液などに使われていたりします。私の研究室では、こういったものが、どのように移动していくか、运动するかという「流れ」についての研究をしています。
表题にある「混相流」というのも耳惯れない言叶かと思いますが、まず、「相」というのは、固体，液体，気体などのひとつひとつの状态のことを指します。「混相流」は、物质の复数の相が混ざり合って流动する现象のことで、例えば、気体と液体で気液二相流、水と油で液液二相流など、さまざまな混相流があります。
こういったものを対象に、我々が研究手法として用いているのが、「コンピュータを使ったシミュレーション技术」です。分散系流れの中で、1个の小さな粒子には、物理的?化学的な相互作用が働き、それによっていろいろな运动が起こりますが、その运动をコンピュータで再现する技法です。我々はこれを、「メソスケールシミュレーション」、または「分散系のシミュレーション」と呼んでいます。（※メソスケールとはミクロとマクロの中间领域の意）
では、シミュレーションの具体例を绍介しましょう。我々が再现するのは次のような流れです。
■供给装置内の粉体の様子
■エマルション中の液滴同士がくっついたり反発する様子
■フィルターの中の繊维の间隙を空気や微粒子が通る様子
■喷雾乾燥（スプレードライ）の様子 别迟肠.
例えば、フィルター内を空気が通る様子について。多孔质フィルターの场合はまず、繊维の中で粒子状のものが実际にどのようにブロックされたり通过したりするのかを计算し、「直接数値シミュレーション」というやり方で数値的に解析をおこなっていきます。こうした现象については実験もおこなっているのですが、我々のシミュレーション结果は、実験结果とも非常によく一致します。そしてその结果は、繊维の构造や素材をどのようなものにすれば、空気抵抗を小さくして、粒子を通らないようにしたり除去したりできるかというような研究へとつながっていきます。
図1：多孔膜の液滴透過シミュレーション
図2：多孔质体内流れのシミュレーションと実験结果の比较
最先端の研究成果を発表し、产业界に広く役立てられることを期待。
皆さんの中には、シミュレーションは、コンピュータを适当に动かすと答えが出るというようなイメージを持たれているひともいることでしょう。しかし実际には、シミュレーションは非常にクリエイティブなものだと思うのです。我々は独自に、「シミュレーションソフトの开発」もおこなっています。これは、ある现象があって、それがどういう物理でできているのかを考え、その物理を抽出する。次はそれを数式にして、それをコンピュータでプログラムする、というような工程で作られていくのですが、こうした开発の过程はとてもクリエイティブでおもしろいものです。特に一番难しいのは、物理的あるいは数学的なモデルを构筑するところと言えるでしょう。
さらに、シミュレーションのおもしろいところは、「可视化できる」ということです。フィルターの中の粒子のように、1μｍ（ミクロン）ほどの非常に小さなものの运动は、非常に见ることが难しいです。しかし、シミュレーションを使えばそれを可视化することができます。そうすると、现象に対する理解が非常に深まりますし、いままで见えてこなかった现象が新しく発见できたりもするでしょう。そういった点がなによりおもしろいところです。また、现场でトライアル＆エラーでずっとやってるようなもの、実际に実験しないと分からなかったものを、シミュレーションを使えば効率化できるという侧面もあります。
分散系のシミュレーション技术はここ10年ぐらいで非常に进歩しています。コンピュータの性能自体が上がっていることがその大きな要因のひとつで、10年前にできなかったことがこの10年でどんどんできるようになってきました。その一方で、10年経ってもできないことも多々あり、我々は现在、世界でまだほとんどのひとができていないようなところに悬命に取り组んでいるという状态です。难しいからこそ価値を感じ、达成感を求めて努力を続けています。
我々の研究が目指すものは大きく2つあります。1つはデベロッパーの立场から、新しい计算手法やモデルを产业界や他の研究者の皆さんに役立ててもらうこと。もう1つはユーザーとして研究で使用して得られた知见（例えば，フィルターなどの多孔质体に関することなど）を、产业界の方々に开示すること。この2つの立场から、产业界に贡献していきたいと考えています。
山を高く、裾野は広く――レベルの向上とともに产业界への启蒙活动も。
前述のような目标を持って、最先端の研究をどんどんやっていくといくことは大変重要で、もちろん私もそれに努めている訳ですが、同时に、产业界の裾野を広げることも大切だと考えています。そこで、僭越ながら、（一社）日本粉体工业技术协会粉体シミュレーション技术利用分科会の副コーディネーターを务めさせていただき、我々が开発しているようなシミュレーションソフトを使ったことがない、あるいは使い方が分からないといった方々への启発にも取り组んでいます。
今後は、我々のグループで開発しているモデルが『広島大学発のモデル』として、その有用性が世界中に知れ渡っていくことを目指していきたいですね。 研究成果や知見を広く皆さんに使ってもらうことで、現在のテクノロジーができないことの中からできることを増やしていきたいと願っています。
ところで私は、こうした分野をずっとやってきた訳ではありません。もともとは化学系の学科の出身ですが、机械系出身の指导教员の先生から、シミュレーションの研究テーマを与えられたのが最初のきっかけでした。はじめは未知のものへの惊きや不安に袭われましたが、続けていくうちに、非常におもしろいと感じるようになりました。それから、大学院修了后は机械メーカーで热交换器の研究などに従事していましたが、ある时、ご縁があって、膜分离で有名な神戸大学の先生の研究室に入ることになり、そこから现在の研究がスタートしました。学生の顷は流体のシミュレーションでしたが、そこに膜工学や粉体工学のシミュレーションを合体させると、膜の中の水の流れや粒子の运动が计算できるのではと考えたのです。それがいまでは、叁相流や四相流といった多相系の复雑现象を扱う、世界最先端の研究に挑んでいるのですから、ご縁と自身の幸运とに大いに感谢しています。
最后に、大学进学を目指している皆さんにひとこと――。
化学工业には「流れ」がつきものです。例えば、ものをかき混ぜる「混合」や「搅拌」、あるいは「分离」、また、「输送する」というのもすべて「流れ」ですから、ものづくりには絶対に必要なものと言えます。我々は、计算机のシミュレーションというアプローチを使って、こうした「流れ」に関する世界最先端の研究を行っているグループのひとつだと思っています。研究には、化学だけでなく、物理や数学の素养も必要になってきます。そのため、化学系の学びを得意としながらも、物理や数学、あるいは论理的な思考などが好きな方はぜひ、我々の研究室に来て欲しいと思います。世界最先端のシミュレーションのモデルづくりを一绪に研究してもらえたらうれしいですね。
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微粒子工学研究室 准教授
2002年3月 神戸大学 工学部 応用化学科 卒業
2004年3月 神戸大学大学院 自然科学研究科 応用化学専攻 博士前期課程 修了
2004年4月～2010年5月 川重冷熱工業株式会社 係員
2010年3月 神戸大学大学院 自然科学研究科 応用化学専攻 博士後期課程 修了
2010年6月1日～2014年3月31日 神戸大学大学院 工学研究科 特命助教
2014年4月1日～2017年3月31日 日本大学 生物資源科学部 助教
2017年4月1日～ 広島大学大学院工学研究科（先進理工学研究科） 准教授
