研究者基本情報

• 博士（工学）, 大阪大学

• https://researchmap.jp/read0116753

• https://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=200901052121013779
• https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/trans/

• 80315168

• 200901052121013779

• 微粒子分散系
• 粒子流
• 混相流
• Granular flow
• Multiphase Flow

• ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 流体工学
• エネルギー, 地球資源工学、エネルギー学
• ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 移動現象、単位操作

• 学士課程, 工学部
• 修士課程, 工学院
• 博士課程, 工学院

研究活動情報

• Mechanism of Inverse and Sandwich Density Segregations in Vibrated Particle Bed
  Konno, H.; Katayama, T.; Harada, S.; Ogata, K.
  Physical Review E, 112, 015408, 2025年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Numerical Investigation of Pore Characteristics in Compacted Sand Layers, –Physical Interpretation of Applicability of Kozeny-Carman Equation–
  Miura, O; Oishi, R; Harada, S; Yagi, T
  Geophysics, 90, 3, 227, 237, 2025年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Three-dimensional Wireless Measurement of Float–Sink Object Motions in a Gas–Solid Fluidized Bed
  Katayama, T; Otsuka, Y; Saito, S; Harada, S; Tsuji, T; Oshitani, J
  International Journal of Multiphase Flow, 176, 104817, 2024年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Visualization of Mixing Upper and Lower Stratified Suspensions Using Red and Blue Fluorescent Particles
  Tanaka, Y; Iwaguchi, T; Yamamoto, Y; Otomo, R; Harada, S
  Multiphase Science and Technology, 36, 2, 29, 39, 2024年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Fabrication of Realistic Transparent Porous Media for 3D Observation of Internal Mass Transport
  Gyotoku, T; Iwaguchi; T. Hanya; Harada, S; Tanaka, Y; Yamamoto, Y
  Journal of Porous Media, 27, 2, 43, 55, 2024年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Variation in the Settling Behavior of Particulate Suspension in Saturated Porous Media
  Gyotoku, T; Masuda, G; Nishimura, K; Harada, S; Tanaka, Y; Yamamoto, Y
  Journal of Porous Media, 27, 1, 35, 47, 2024年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語
• Quantitative Evaluation of the Pore Characteristics in Platelet Particle Beds by Pore Network Modeling
  Yamamoto, K; Ishiyama, K; Harada, S
  Transport in Porous Media, 150, 89, 103, 2023年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Influence of Air Velocity and Powder Bed Height on Local Density in a Gas–Solid Fluidized Bed and Float–Sink of Spheres
  Oshitani, J; Kato, S; Tsuji, T; Washino, K; Harada, S; Sakamoto, Y; Kajiwara, H; Matsuoka, K; Franks, G
  Advanced Powder Technology, 34, 104146, 2023年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Wireless Measurement of Float--Sink Motion of Variously-shaped Objects in Gas--Solid Fluidized Bed
  Uemoto, K; Narita, S; Harada, S; Sakamoto, Y; Tsuji, T; Oshitani, J; Kajiwara, H; Matsuoka, K
  Advanced Powder Technology, 34, 9, 104111, Elsevier BV, 2023年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Tortuosity in Platelet Particles with Various Structures
  Ishiyama, K; Harada, S; Yagi, T
  Transport in Porous Media, 148, 3, 1, 23, 2023年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Diffusive Behavior of Fine Particle Assemblage Passing through Nonuniform Granular Porous Media
  Otomo, R; Nakano, Y; Harada, S
  Particulate Science and Technology, 41, 7, 940, 952, 2023年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Mass Transfer from Mobile to Immobile Regions in Irregularly-Shaped Micro-Channels at Low Reynolds Number
  Toyama, K; Togi, F; Harada, S
  Groundwater, 61, 5, 639, 647, 2023年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Experimental Verification of the Brinkman Equation around Objects with Various Shapes in Gas-Solid Stationary and Fluidized Beds
  Honda, Y; Saito, S; Anzai, T; Harada, S; Tsuji, T; Washino, K; Oshitani, J; Kajiwara, H; Matsuoka, K
  International Journal of Multiphase Flow, 160, 104359, 2023年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Effects of Terminal Velocities on Macroscopic and Microscopic Hydrodynamic Mixing of Stratified Suspensions
  Yamamoto, Y; Otomo, R; Tanaka, Y; Harada, S
  Physical Review E, 106, 045109, 2022年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• FPM-SE: a Numerical Model for Dense Gas--Solid Flows with Large Non-Spherical Object
  Tsuji, T; Sakamoto, Y; Harada, S; Uemoto, K; Oshitani, J; Washino, K; Tanaka, T; Kajiwara, H; Matsuoka, K
  Chemical Engineering Science, 264, 118149, 118149, Elsevier BV, 2022年, ［査読有り］
  研究論文（学術雑誌）
• Theoretical Consideration of the Rheological Properties of Particulate Dispersions with Aggregates
  Tanii, Y; Kamata, N; Saito, H; Harada, S; Sawada, M
  Physics of Fluids, 34, 093309, 2022年, ［査読有り］, ［責任著者］
  研究論文（学術雑誌）
• 高ポロシティを有する繊維層および粒子層中の空隙ネットワークと流体透過特性の解析 (ボロノイ分割を利用した空隙構造と動水半径の評価)
  大友涼子; 出口裕仁; 原田周作
  混相流, 36, 266, 273, 2022年, ［査読有り］
• Structural Transition of Various-Sized Sphere-Platelet Mixtures
  Tani, A; Ishiyama, K; Tanii, Y; Harada, S; Satoh, H
  Physical Review E, 105, 044602, 2022年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Macroscopic and Microscopic Hydrodynamic Mixing of Stratified Suspensions
  Yamamoto, Y; Yamada, K; Tanaka, Y; Harada, S
  Physical Review E, 104, 2, 025111, American Physical Society (APS), 2021年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Unstable Sinking of Spheres at Higher Air Velocity in a Gas-Solid Fluidized Bed
  Oshitani, J; Sasaki, T; Tsuji, T; Harada, S; Kajiwara, H; Matsuoka, K
  Advanced Powder Technology, 32, 4, 1300, 1304, 2021年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Quantitative Evaluation of Solute Dispersion in Irregularly Shaped Micro-Channels
  Togi, F; Kubota, T; Toyama, K; Ishida, A; Harada, S
  Microfluidics and Nanofluidics, 24:57, 1, 8, 2020年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Possibility of Non-Fickian Mixing at Concentration Interface between Stratified Suspensions
  Mori, M., Tai, T., Nishimura, K., Harada, S., Yamamoto, Y.
  Journal of Colloid and Interface Science, 571, 13, 20, 2020年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Non-Invasive Measurement of Floating-Sinking Motion of a Large Object in a Gas-Solid Fluidized Bed
  Yoshimori, W; Ikegai, T; Uemoto, K; Narita, S; Harada, S; Oshitani, J; Tsuji, T; Kajiwara, H; Matsuoka, K
  Granular Matter, 21, 3, :42 1, 11, 2019年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Scale-Independent Model of Gravitational Dispersion of Particulate Suspension in Fractal Channel
  Kurose, Y; Ishizawa, K; Soriano, M. R; Harada, S
  Chemical Engineering Science, 199, 231, 239, 2019年, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Monte Carlo Analysis of Montmorillonite Particle Structures and Modeling of Dissolution Rate Reduction
  Terada, K; Tani, A; Harada, S; Satoh, H; Hayashi, D
  Materials Research Express, 6, 3, 035514, 2018年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Quantitative Evaluation of Mass Transfer near the Edge of Porous Media by Absorption Photometry
  Taiki Tanikoshi; Ryoko Otomo; Shusaku Harada
  AIChE Journal, 63, 2, 823, 833, 2017年02月, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Dynamic Vertical Forces Working on a Large Object Floating in Gas-Fluidized Bed: Discrete Particle Simulation and Lagrangian Measurement
  Kyohei Higashida; Kenta Rai; Wataru Yoshimori; Tomoki Ikegai; Takuya Tsuji; Shusaku Harada; Jun Oshitani; Toshitsugu Tanaka
  Chemical Engineering Science, 151, 105, 115, 2016年09月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Restructuring Capability of Non-Fractal Aggregate in Simple Shear Flow
  Uyen Tu Lieu; Shusaku Harada
  Advanced Powder Technology, 27, 4, 1037, 1046, 2016年07月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Strength Deterioration of Nonfractal Particle Aggregates in Simple Shear Flow
  Kento Horii; Reiko Yamada; Shusaku Harada
  Langmuir, 31, 29, 7909, 7918, 2015年07月, ［査読有り］, ［責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Numerical Simulation of Concentration Interface in Stratified Suspension: Continuum–Particle Transition
  Yamamoto, Y; Hisataka, F; Harada, S
  International Journal of Multiphase Flow, 73, 71, 79, 2015年07月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Stability of Restructured Non-Fractal Aggregates in Simple Shear Flow
  Uyen Tu Lieu; Shusaku Harada
  Advanced Powder Technology, 26, 3, 705, 710, 2015年05月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Mass Transfer Caused by Gravitational Instability at Reactive Solid-Liquid Interfaces
  Ryoko Otomo; Nobuhiko Ishii; Keita Takahashi; Shusaku Harada
  Journal of Visualization, 17, 1, 49, 57, 2014年02月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Collective settling of fine particles in a narrow channel with arbitrary cross-section
  Shusaku Harada; Megumi Kondo; Kensuke Watanabe; Taiga Shiotani; Kodai Sato
  Chemical Engineering Science, 93, 307, 312, 2013年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Fluid Permeability in Stratified Unconsolidated Particulate Bed
  Ryoko Otomo; Shusaku Harada
  Transport in Porous Media, 96, 3, 439, 456, 2013年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Effect of different soil layers on porewater to remediate acidic surface environment at a close mine site
  Omar R. Salinas Villafane; Toshifumi Igarashi; Shusaku Harada; Mitsuru Kurosawa; Toshio Takase
  Environmental Monitoring and Assesment, 184, 12, 7665, 7675, 2012年12月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Particle-like and fluid-like settling of a stratified suspension
  S. Harada; T. Mitsui; K. Sato
  European Physical Journal E, 35, 1, 1, 6, 2012年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Direct measurement of fluid force on a particle in liquid by telemetry system
  Shusaku Harada; Yosuke Kobayashi; Takanori Sawano; Emi Noguchi
  INTERNATIONAL JOURNAL OF MULTIPHASE FLOW, 37, 8, 898, 905, 2011年10月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• End effect on permeability of loose particulate bed having different internal structures
  R. Otomo; S. Harada
  Particulate Science and Technology, 29, 1, 2, 13, 2011年01月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Diffusive behavior of a thin particle layer in fluid by hydrodynamic interaction
  Shusaku Harada; Ryoko Otomo
  PHYSICAL REVIEW E, 80, 6, 066311, 2009年12月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Structural change in non-fractal particle clusters under fluid stress
  S. Harada; R. Tanaka; H. Nogmi; M. Sawada; K. Asakura
  COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS, 302, 1-3, 396, 402, 2007年07月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Dependence of fragmentation behavior of colloidal aggregates on their fractal structure
  S. Harada; R. Tanaka; H. Nogami; M. Sawada
  JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE, 301, 1, 123, 129, 2006年09月
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Wave propagation in a dynamic system of soft granular materials
  S Harada; S Takagi; Y Matsumoto
  PHYSICAL REVIEW E, 67, 6, 061305, 2003年06月
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Spouting of fine powder from vertically vibrated bed
  S Harada; H Li; K Funatsu; Y Tomita
  CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE, 57, 5, 779, 787, 2002年03月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Fluid force acting on a particle falling toward a wall
  Syusaku Harada; Toshitsugu Tanaka; Yutaka Tsuji
  JSME International Journal, Series B: Fluids and Thermal Engineering, 44, 4, 520, 525, 2001年11月
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Granular jump in low velocity pneumatic conveying of solid particles in a horizontal pipeline
  Y. Tomita; K. Funatsu; S. Harada
  Handbook of Powder Technology, 10, 353, 359, 2001年
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• 壁面近傍の自由沈降粒子に作用する流体力
  原田周作; 田中敏嗣; 辻 裕
  日本機械学会論文集B編, 66, 649, 2313, 2319, Japan Society of Mechanical Engineers, 2000年, ［査読有り］
  日本語, 研究論文（学術雑誌）
• 流体中の壁面と円柱の衝突問題に関する数値解析
  原田周作; 田中敏嗣; 辻 裕
  日本機械学会論文集B編, 65, 633, 1520, 1527, 一般社団法人日本機械学会, 1999年, ［査読有り］
  日本語, A numerical analysis of incompressive flow around a solid cylinder which falls to a solid wall was performed to study the effect of fluid on the interaction between solid bodies. A time-dependent boundary-fitted coordinate system and a transformable grid which moves arbitrarily were adopted in order to express unsteady and relative motion of solid boundaries. The fluid force acting on the cylinder was calculated directly by integrating the stress and the pressure on the surface without using any models. The effect of the induced pressure on the behavier of the cylinder was studied, and the results were compared with the analytical theory of lubrication. The obtained pressure in the gap showed similar profiles to the one derived from the lubrication theory. Furthermore, it was studied about dominant effects on the motion of the cylinder in the fluid, especially about the effect of the unsteady motion of the cylinder. In addition, it was examined the effect of the inclination of the wall to the motion of the cylinder.
• Numerical analysis of dense phase liquid-solid flow in a horizontal pipe
  S Harada; T Tanaka; Y Tsuji; K Asakura
  Fluid Mechanics and Its Application: IUTAM Symp. Lubri, Trans. Viscous Mater., 43, 31, 42, 1998年
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• 高濃度粗粒固液混相流の3次元シミュレーション
  朝倉國臣; 舟山高明; 原田周作; 中島 巌
  資源と素材, 114, 6, 403, 409, The Mining and Materials Processing Institute of Japan, 1998年, ［査読有り］
  日本語, In this study, solid-liquid flows with coarse particles, which form a highly concentrated zone in a pipe, were simulated. In general, the cell size of the continuous phase is larger than the particle size. However, with increases in particle size, the cell size must be close to the particle size in order to maintain high resolution of the fluid velocity. Simulation using equal cell and particle sizes was carried out to investigate the effects of fluid velocity, pressure gradient and void fraction on the settling motion of a particle in rest water. For simulating a particle cloud, a conventional Lagrangian/Eulerian method using the drag coefficient of a particle cloud was employed. The results so obtained were compared with the results using the drag coefficient of a single particle under the same flow and particle conditions.
• Simulation of descending particles in water by the distinct element method
  K. Asakura; S. Harada; T. Funayama; I. Nakajima
  Powder Technology, 94, 3, 195, 200, 1997年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• 水中落下粒子群の離散要素法によるシミュレーション
  朝倉國臣; 原田周作; 舟山高明; 中島 巌
  資源と素材, 112, 4, 219, 224, 1996年, ［査読有り］

• 重力下における液中微粒子の集団性
  原田周作, ながれ, 34, 5, 321, 326, 2015年
• 固体粒子を含む液体の流れに関する研究
  原田周作, 混相流, 27, 2, 183, 186, 2013年
• 微粒子懸濁液の集団的挙動と個別的挙動
  原田周作, 塗装工学, 48, 6, 204, 209, 2013年
• 流体力を測るLagrangianセンサ
  原田周作, 粉体工学会誌, 49, 7, 538, 545, 2012年
  We have made a Lagrangian sensor for real-time and non-invasive measurement of fluid force acting on a particle which moves freely in liquid. The sensor particle contains an acceleration sensor, magnetometer, microcomputer, wireless signal transmitter module and cells. The acceleration sensor detects the acceleration of particle （acting force divided by mass） for each instant of time. The magnetometer detects the direction of external magnetic field, which is oriented in the same direction as the gravity, for the removal of gravitational acceleration from acceleration signals with arbitrary attitude of particle. We have performed some preliminary experiments in order to check the accuracy of the measurement system. The measured results agree well with the theoretical prediction of particle motion in liquid. Moreover, we applied the Lagrangian sensor to a multi-particle system for the measurement of fluid force under the influence of other particles., The Society of Powder Technology, Japan, 日本語
• 濃度界面が引き起こす液中微粒子の集団運動
  原田周作, 可視化情報学会誌, 32, 126, 14, 18, 2012年
• 微粒子分散系の動的特性
  原田周作, 物性研究, 88, 2, 281, 288, 2007年
• マイクロスケールの流体力学的拡散
  原田周作, 粉体工学会誌, 42, 11, 799, 803, 2005年
  Sedimentation of solid particles is an important phenomenon in various engineering processes related to coating, accumulation, separation, filtration and so on. It is well-known that the sedimentation velocity in a stationary fluid is influenced by hydrodynamic interactions between particles and is a function of volumetric concentration of particles. In addition, the hydrodynamic interactions induce complex effects, such as the large-scale fluctuations in the sedimentation velocity, the self-diffusion of particles and the instability at the interface of sedimenting suspension. In this paper, the hydrodynamic diffusion, which is one of the hydrodynamic effects, of particle layer with a finite height is discussed. Researches on the hydrodynamic diffusion are reviewed and our recent numerical studies on the diffusivity of particles in microscale are reported., The Society of Powder Technology, Japan, 日本語
• 外力により発生する粒子噴流
  原田周作, 噴流工学, 21, 1, 13, 18, 2004年
  日本ウォータージェット学会, 日本語
• 固液二相流における固体間の近接相互作用
  原田周作, 混相流, 15, 3, 252, 257, 2001年
• 固気二相流の流動様式と可視化
  富田侑嗣; 原田周作, 14, 2, 158, 165, 2000年

• 流体力学ハンドブック (日本流体力学会編)
  原田周作
  東京大学出版会（刊行予定）, 2023年, ［分担執筆］
• 粉粒体の構造制御・ハンドリング技術
  原田周作
  技術情報協会, 2013年, ［分担執筆］
• ながれの事典
  原田周作
  丸善, 2004年, ［分担執筆］

• 連続体・不連続体力学, 2024年, 修士課程, 工学院
• 連続体・不連続体力学, 2024年, 修士課程, 工学院
• 連続体・不連続体力学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
• 連続体・不連続体力学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
• 連続体・不連続体力学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
• 連続体・不連続体力学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
• 資源循環システム実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
• 資源循環システム実験Ⅲ, 2024年, 学士課程, 工学部
• 応用数学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
• 流体力学, 2024年, 学士課程, 工学部
• 流体力学演習, 2024年, 学士課程, 工学部
• 資源工学概論, 2024年, 学士課程, 工学部

• 化学工学会
• 粉体工学会
• 日本混相流学会
• 日本機械学会
• 資源・素材学会

• 初生制御による気泡の成長競争と集団運動の力学解明
  科学研究費助成事業
  2024年04月 - 2027年03月
  渡村 友昭; 高木 周; 杉山 和靖; 高比良 裕之; 原田 周作
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 東京大学, 24K00799
• 「混合」の流体力学的体系化 －液中微粒子の集団性と個別性－
  科学研究費助成事業
  2023年04月01日 - 2026年03月31日
  原田 周作; 田中 洋介; 山本 恭史
  微粒子分散系の濃度界面で生じる流体力学的混合の解明を目的とした研究を行った．個々の粒子スケールで生じる微視的混合と，集団運動のスケールで生じる巨視的混合の関係性について調べるために，紫外線を照射させることにより異なる波長で蛍光する特殊な微粒子を2種類作製し，外部からUVレーザーを照射することで液体中における異種粒子の混合挙動を調べた．濃度の不連続面が形成されるような粒子沈降実験装置を作製し，不連続面近傍の粒子混合挙動を撮影した．得られた実験画像を分光して粒子の判別を行うことにより，粒子の巨視的な混合距離を定量化した．その結果，粒子の混合距離は，理論的に導出された微粒子の集団性および沈降速度比を含む無次元数によって定量的に予測可能であることを実験的に確認した．
  さらに，複雑形状を有する流路中の微粒子分散系の集団性と濃度界面挙動について調べることを目的として，屈折率マッチング法とレーザースキャニング法を併用した微粒子濃度界面の3次元形状測定システムを開発した．任意の空隙サイズを有する複雑流路を作製するために，スピノーダル分解の数値解析を行った．数値解析結果を利用して，種々の水力平均直径を有する多孔質状の複雑流路を設計し，透明レジンを材料として3Dプリンティングにより供試体を作製した．また空隙を飽和させる液体の屈折率を調整することで流路部を透明化し，下部から照射したシート状レーザーをスキャンすることにより複雑流路内部の微粒子挙動の観察を可能とした．開発した測定システムを用いて，濃度界面を伴う微粒子沈降実験を行った．その結果，濃度勾配が重力と逆方向に正となるような条件での微粒子沈降は，粒子直径や濃度に大きく依存し，特定の空隙部分を微粒子が集団的に沈降するなど複雑な挙動を示すことが明らかとなった．
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K26029
• 「混合」の流体力学的体系化 －液中微粒子の集団性と個別性－
  科学研究費助成事業
  2023年04月01日 - 2026年03月31日
  原田 周作; 田中 洋介; 山本 恭史
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23H01334
• 混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向けた流動層内での物体浮沈メカニズムの解明
  科学研究費助成事業
  2021年04月01日 - 2025年03月31日
  押谷 潤; 原田 周作; 辻 拓也
  昨年度までは球形物体の浮沈について主に研究したが、今年度は混合廃棄物を主に構成する非球形物体の浮沈について研究した。まず、浮揚すべき密度の物体に注目し、昨年度まで使用していた直径30mmの球と同体積の立方体およびアスペクト比が異なる棒状直方体４つと扁平比が異なる板状直方体４つの計９つについて風速を変化させて粒径の小さな粉体の流動層内での浮沈を調べた結果、棒状直方体では球と同様の浮沈となったのに対し、板状直方体では扁平比が大きい薄くて面積が大きなものでは流動化しない粉体が面上に存在するために浮揚すべき風速で沈降する結果となった。一方、磁気センサと加速度センサを内包した球形と非球形の物体を用い、粒径の大きな粉体の流動層内での浮沈を無線式センサシステムで調べた結果、球形では沈降する密度の場合に棒状や板状では沈降と浮揚を繰り返すことが明らかとなると共に、同様の傾向が数値シミュレーションにおいても得られた。また、昨年度までは１つの物体の浮沈を研究したが、混合廃棄物を浮沈分離する上では一度に多量の処理が求められるため、今年度は複数の物体の浮沈（多体効果）について研究した。その結果、多体にしても低密度の物体は浮揚し、高密度の物体は沈降するのに対し、流動層の見掛け密度よりもわずかに小さい物体の場合、１個では浮揚するが個数の増加と共に浮揚する割合が低下し、投入物体全ての投影面積の割合が流動層断面積の50%を超えると全て沈降することが明らかとなった。以上の結果、粉体の粒径が非球形物体の浮沈に影響を及ぼすことと密度差通りの浮沈を行うためには物体処理量に注意が必要であることが見出され、研究課題名に挙げた混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向け、有意義な結果が得られたと思われれる。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 岡山理科大学, 23K21772
• 混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向けた流動層内での物体浮沈メカニズムの解明
  科学研究費助成事業
  2021年04月01日 - 2025年03月31日
  押谷 潤; 原田 周作; 辻 拓也
  流動化させる粉体として粒子径の異なるガラスビーズを用い、流動層の風速と層高を変化させて様々な密度の球の浮沈実験を行った。いずれの粒子径においても層高が低く風速が小さい場合において浮力と重力を基本とするアルキメデスの原理に基づくような浮沈挙動が確認され、粉体の質量／(流動層の断面積×高さ)で求まる流動層の見掛け密度よりも小さな密度の球が浮揚し、大きな球が沈降した。一方、層高が高く風速が大きい場合は密度差から沈降すると予想された球が沈降せず層内を漂うという興味深い結果が得られ、流動層内での物体浮沈が条件によってはアルキメデスの原理に基づかないことが明らかとなった。そこで、流動層内の球に対して浮力と重力以外に働く力の存在を検討するために、無線式センサシステムを構築した。磁気センサと加速度センサおよびそれらの信号を無線発信する機器を内蔵した球を作成して実験を行った結果、アルキメデスの原理に基づく浮力よりも大きな鉛直上向きの力が定常的ではないがごく稀に急に働くことが明らかとなった。さらに、流動層内での物体浮沈について数値シミュレーションを行った結果、上記の実験と同様に低風速では安定した物体浮沈が再現されたのに対し、風速が大きい場合ではアルキメデスの原理から沈降すると予想された球が沈降せずにある瞬間に大きな鉛直上向きの力を受けて浮揚するという興味深い結果を得た。以上の結果は、研究課題名に挙げた混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向け、粉体の粒子径や層高、風速の大小が安定した物体浮沈を阻害する可能性を示唆するものであり有意義であると思われる。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 岡山理科大学, 21H03646
• 不混和界面と混和界面の動力学に関する統一的解釈－メゾスケールでの物質混合機構－
  科学研究費助成事業
  2019年04月01日 - 2022年03月31日
  原田 周作; 田中 洋介; 山本 恭史
  液体中に分散した固体微粒子が形成する見かけ上の界面（濃度界面）の動力学的性質，および界面近傍における微粒子の混合現象の解明を目的とした研究を行った．濃度界面の3次元形状測定システムを開発し，重力沈降する微粒子分散系の濃度界面挙動を調べた．その結果，濃度界面の混和性・不混和性が変化することにより種々のモードの沈降形態が出現することが確認された．
  さらに濃度界面近傍の微粒子の混合現象に関する実験および数値解析を行った．その結果，上下粒子の集団性および沈降速度比の違いにより，粒子スケールの混合（ミクロ混合）と密度不安定に起因した巨視的な混合（マクロ混合）が条件に応じて出現することがわかった．
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02058
• 濃度界面の微視的解釈および固液流動系の能動的制御への応用
  科学研究費助成事業
  2014年04月01日 - 2017年03月31日
  原田 周作; 山本 恭史
  本研究では，液体中に不均一に分散した固体微粒子の重力沈降挙動について，その集団性を理解するとともに，沈降速度や分散挙動を能動的に制御するための技術を確立した．純粋な液体との間に濃度界面を有するような微粒子分散系の沈降挙動に関して,濃度界面における流体との相対運動を微視的に観察することにより，集団性の形成メカニズムについて明らかにした．さらに分岐や断面積変化を有するような複雑流路中での集団的な粒子沈降挙動について調べ，流路の幾何学的特性量から沈降速度を予測・制御可能な物理モデルを構築した．
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 26420095
• 岩石の亀裂自己修復機能とその強度・破壊制御への応用
  科学研究費助成事業
  2010年04月01日 - 2014年03月31日
  金子 勝比古; 川崎 了; 奈良 禎太; 伊藤 真由美; 椋木 俊文; 広吉 直樹; 坂口 清敏; 原田 周作
  本研究では，亀裂自己修復現象に関する一連の実験的研究を実施し，その工学的応用を試みた。具体的には，まず，岩石の低速亀裂伸長現象に及ぼす環境条件の影響を実験的に分析し，低速亀裂進展の機構を解明した。次に，亀裂自己修復現象に関して実験的検討を行い，その機構と活性化条件などを明らかにした。また，亀裂伸長プロセスを数値解析的に検討し，亀裂方向制御など高度制御破砕の設計法を提案した。これらの成果に基づいて，岩質材料の長期強度を予測する方法を提案し，環境条件の制御により長期強度を制御できることを明らかにした。
  日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 22246114
• 濃度界面を有する微粒子分散系の集団的挙動と個別的挙動
  科学研究費助成事業
  2011年 - 2013年
  原田 周作; 山本 恭史
  液体中における濃度差によって生じる微粒子の集団性を利用して，沈降速度や分散挙動を制御する技術を確立した．本研究では，液体中に不均一に分散した粒子の沈降形態は，粒子懸濁部が周囲の流体と不混和にふるまい，界面不安定が沈降挙動を支配する「液体的沈降」，および懸濁粒子が個別的に干渉沈降を行う「粒子的沈降」が沈降形態の極限として現れることを示し，その推移のメカニズムを明らかにした．本現象を能動的に利用することにより，沈降促進や分散制御など微粒子に関連する工学プロセスの技術向上が期待される．
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23560178
• 海洋バイオマス利用による CO2 削減およびバイオ燃料化に関する研究
  科学研究費助成事業
  2010年 - 2012年
  瀬名波 出; 小西 照子; 平良 東紀; 玉城 史郎; 藤村 弘行; 石川 正明; 若井 謙介; 大城 尚紀; 小田 拓也; 平岡 雅規; 原田 周作
  本研究では火力発電所や下水処理施設などから排出される二酸化炭素(CO2)を海藻を育てるための資源として再利用した。高濃度の CO2を海水に人工的に溶かし、それを海藻に与えることで藻類の光合成(成長速度)を飛躍的に高めた。通常の海水に比べて約 1.9 倍以上に成長が高まる結果を得た。また海藻を原料としたバイオエタノールの試作を成功させた。このようにCO2を減らし,また CO2を新たな資源として再利用する「炭素回生システム」研究開発を行った。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 琉球大学, 22310057
• テレメトリシステムを用いた液中粒子のダイナミクスに関する研究
  科学研究費助成事業
  2003年 - 2004年
  原田 周作
  近年、ナノ・マイクロテクノロジーの発展に伴い,特定の波長の光を吸収する半導体粒子などの機能性微粒子の研究が盛んに行われており,溶媒中における微粒子挙動の解明が求められている.しかしながら低Reynolds数条件における粒子間の流体力学的相互作用は長距離性を有すること,また近接極限において連続体近似が破綻することなど複雑な因子を多く含むため,溶媒中における微粒子の分散・凝集のダイナミクスはほとんど明らかにされていない.本研究では,このような粘性流体中における固体粒子のダイナミクスに関連する研究として,粒子の自由運動にともなう位置および加速度変化を同時測定し,さまざまな条件における固体間の流体力学的相互作用の詳細を調べた.3種類の液中粒子の加速度計測用センサ粒子(以下,センサ粒子)を製作した.ピエゾ抵抗型微小加速度センサ,信号増幅部および電源部からなる小型回路をアクリル製中空粒子に内蔵し,データ取得のために,テレメトリ回路による無線送信,内蔵マイクロロガーによるデータ蓄積,微細エナメル線による有線通信の3手法を用いた回路を製作した.また外部からLED変位計,レーザ変位計を併用した粒子変位の非接触測定を行った.外部からの粒子変位測定により,低Reynolds数条件における粒子-固体壁面の接近時の粒子挙動が明らかとなった.固体壁面への接近時に潤滑効果による過大な流体力が作用し,壁面近傍で急激な減速運動を行う粒子の加速-減速過程は,低Reynolds数条件の定常流体力および非定常流体力の線形和により得られる粒子軌跡と定量的に一致した.またセンサ粒子による加速度測定により,定性的な流体力変化の傾向が得られた.本実験結果から,流体中の固体衝突に伴う流体力学的効果の詳細が明らかとなった.
  日本学術振興会, 若手研究(B), 15760115
• 付着性微粉末の機械的流動化現象の研究
  科学研究費助成事業
  1999年 - 2000年
  富田 侑嗣; 原田 周作
  鉛直振動下における容器内粉体層の内部圧力変動と容器からの粒子噴出現象に対して,実験的,数値的研究を行った.側壁にオリフィスを有する円筒容器に付着性粉体を充填して鉛直振動を付加すると,粒子はオリフィスを介して外部に勢い良く噴出する.本噴出現象の発生機構の解明および付着性粉体操作技術への応用を目的として,層内部の圧力変動と噴出挙動との関連性,付加振動に対する噴出流量の変化を調べた.粉体層内部の流体圧の経時変化を測定すると同時に,圧力測定と同期させた噴出挙動の高速度ビデオ撮影を行い,それらの関連性を検証した.また粉体層と内部透過流体の連成運動に対する数値解析を行い,圧力変動機構の考察を行った.その結果,粉体層内部の流体圧は付加振動に対応して周期的に変動し,その内部圧力変動に対応して充填粒子が間欠的に噴出することが分かった.さらに圧力変動は,数値解析結果から得られた流体透過に起因する圧力変動と,付加振動との位相差や変動の大きさに関して概ね一致した.以上より,鉛直振動下の粉体の噴出現象は,容器と粉体層の相対運動により発生した間隙流体の透過流動が外部との周期的な流体運動を誘起し,その運動に充填粒子が追従した現象であることが分かった.
  さらにさまざまな振動条件における噴出特性を調べた結果,本実験条件では質量流量は層内部の発生圧力に比例し,付加振動数に反比例することが分かった.これは流路に周期的な圧力差を与えた場合の気流の流量変化と同じ傾向であり,すなわち粒子は周期的な流体の流出入に追従して噴出することが明らかになった.また付加振動条件と噴出流量との関係に一定の傾向が見られたことから,鉛直振動を利用した付着性粉体の新しい供給技術への応用の可能性が確認された.
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 九州工業大学, 11650180

• 粒子の分離方法および粒子の分離装置
  特許権
  特願2024–065375, 2024年04月
• 粉粒体供給用フィーダおよびその供給システム
  特許権
  特開2002-19967