The guide toNagatsu Laboratory
研究室案内－反応流と共にあらんことを－

長津研究室
May the Chemically reacting flow be with youロゴの意味 Meaning of our logo

背景は水の星である地球を模し、世界平和への希望を込めた青を配色した。そこには、私たちの主力な研究テーマであるViscous fingeringを配置し、中央には長津研究室の頭文字Nを、その下にReactive transport phenomenaを添えている。これは、反応を伴う移動現象という観点から私たちの研究が世界平和への貢献を期待することを示している。
The image of background means the earth which is a star of water and we use blue to express
hopes for world peace. There exists our major theme called viscous fingering and the first letter of“Nagatsu laboratory”, N, is arranged at center with “Reactive transport phenomena” at below.
This suggests our researches will be contributed to world peace in the point of view of transportphenomena with reactions.

長津研究室では海外との交流を推進しています。
We promote to interact with international laboratories.

ご興味がありましたら、ご連絡下さい。
If you are interested in our research, please contact us.

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ウェブサイト：http://web.tuat.ac.jp/~nagatsu/
Web Site : http://web.tuat.ac.jp/~nagatsu/en/index.html

巻頭言
研究室活動を
しっかりやればその後の人生にも役立つ
研究室長

長津 雄一郎

長津研究室では世界と伍する卓越した研究をすべく、学生一人一人に各研究を割り振り、それぞれが一流の学術雑誌（英語）を目指しています。また、週に1回のゼミで発表したり、他の学生の研究を聴くことで人格陶冶を達成しようと考えています。さらに、当研究室は海外との交流を推進しており、海外の共同研究者と研究を進め、発表します。
昨今の就活問題で就職活動が芳しくなかったり、自身の志望する会社や業種に就けなかったりすることが叫ばれています。これを悲観的に考えるのではなく、当研究室では、この問題は研究活動をしっかり行うことで克服できると信じています。それは、研究室活動で身に付く能力―時間厳守・課題設定・研究・実験・考察・報告・発表・執筆等―が社会で必要とされている能力に等しいと考えるからです。
研究室活動を単なる授業の一環（単位を取るだけのための活動）と考えるのではな
く、実践躬行し社会で必要とされている能力を身に付けようと愚直に努力して下さい。
We have our each theme and we try to publish our paper for first-class scientific journal in
English in order to do excellent researches in which we aim to rank among the world in
Nagatsu laboratory. We think to achieve character building by having presentation and byhearing presentation of other students once every week. Moreover, we promote to interact withinternational laboratories. We conduct researches with international collaborators and havepresentation.
It is heard that young people can’t hunt his/her job well and can’t find the employment at
which he/she wants to work. We don’t think this problem pessimistically but think that we canovercome this problem by researching hard. This is because the skills we can obtain in thelaboratory activities (such as punctuality, agenda-setting, research, experiment, consideration,report, presentation, writing) are same as the skills that we need in company or in society.
Do not think this laboratory activity is a kind of getting a credit for your graduation. Make
your effort to obtain the skills needed in society.

General manager

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Ever Expanding Nagatsu Laboratory

躍進し続ける長津研究室
長津研究室は2012年、東京農工大学に誕生しました。
当研究室では流体間の化学反応を化学反応過程だけでなく、流体の流れ・混合、熱・物質の輸送などの物理過程とともに取り扱う方法の体系化を目指す学問分野、反応系流体力学または反応流と呼ばれている学問を研究しています。
Nagatsu Laboratory was established at Tokyo University of Agriculture and Technology in 2012.
We’ve studied the academic field that aims at systematization of ways which deal with thinking about not only
chemical reaction processes but also physical reaction process such as flow and mixing of fluids, heat and materials
transportation, which is referred to as reactive fluid dynamics or reacting flow.

化学過程

反応流は燃焼に代表される気相反応流と液相反応流に大別でき、液相の場合は気相の場合に比べその研究例が少ないのが現状です。液相反応流はヨーロッパでは近年、Chemo-hydrodynamicsと呼ばれ、これに関する国際会議が初めて開催されたのが2009年という非常に新しい学問領域です。
Reacting flow can be divided into two categories; one is gas-phasereacting flow and the other is liquid-phase one. The reports of liquidphase reacting flow is smaller than that of gas-phase reacting flow.
The liquid-phase reacting flow is called Chemo-hydrodynamics inEurope and it is a very new field of study that is in 2009 theinternational meeting was held for the first time on this.

反応流

物理過程
Chemicallyreacting flow 流体の流れ

化学反応

物質，熱の輸送

低粘性液体

(a)

10mm

スペーサー

(a)

b(b)

(b)

30mm

高粘性液体

L

図1 ヘレ・ショウセル内に形成されるVF
高粘性液体を満たしたセルに低粘性液体を注入すると、それらの境界は円形に広がらず、指状の形状となる。

図2 VFにおける生成物分布の反応
物初期濃度依存性 生成物が(a)Finger内部に, (b)Finger先端に顕著に存在する場合。血赤色領域に生成物が存在し、その濃さは生成物濃度に対応する。

図3 VFに及ぼす瞬間反応による粘度増加の影響 (a)反応無, (b)反応有。低粘性液体を染料で青色に着色してある。
この反応によりVFパターンをより密にできる。

長津は1998年の大学院修士課程からこの液相反応流の基礎研究を開始し、これまでにViscous fingering(VF)（図1）と呼ばれる現象を対象に、生成物分布が反応物濃度に大きく依存する液相反応流（図2）（2009年度化学工学会奨励賞受賞対象研究）や化学反応による粘度変化を用いた流れの制御（図3） （2009年度日本流体力学会竜門賞受賞対象研究）の事例を世界で初めて報告してきました。
Prof. Nagatsu has reported the phenomena called viscous fingering (VF, Fig.1,2) and controlling flow involving
viscosity decrease due to a chemical reaction (Fig.3) for the first time in the world.

ヘレ・ショウ セル
Hele-Shaw cell
多孔質媒質における液相置換の2次元モデル
2-dimentional model of fluid
displacement in porous media

ガラスビーズパック実験
Glass-beads packed bed

3

多孔質媒質における液相置換の3次元モデル
3-dimentional model of fluid
displacement in porous media

長津研究室のテーマ
Our theme
液相反応流の基礎研究と環境エネルギー分野への応用
Fundamental study on reacting hydrodynamics andApplication study on reacting hydrodynamics inenvironmental and energy fields

凹凸ヘレ・ショウ セル
Uneven Hele-Shaw cell
多孔質媒質における液相置換のより現実的な2次元モデル
realistic 2-dimentional model of
fluid displacement in porous media

高分子を用いた非定常反応流の解明
Elucidation of unsteadyreacting flow using polymers
例：ワイゼンベルグ効果
ex. Weissenberg effect組織図 Organization Chart
研究統括 （長津雄一郎）
General Manager Prof. Nagatsu

当研究室を牽引する長津雄一郎は研究統括として方針を定め、学生に直接指導しています。
The general manager, Prof. Nagatsu, determines the policy of our activities anddirects or instructs students as a supervisor.

Viscous fingering 事業部

非定常流動事業部

Viscous fingering Division

Unsteady hydrodynamics Division

物理現象であるViscous fingering(VF, 詳細はp.4)を化学反応を用いて制御する基礎研究および、実際の石油回収を勘案した応用研究を行っています。

現在は高分子水溶液に金属イオンが及ぼす影響についてWeissenberg効果の観点から研究を行っています。

We research the fundamental study on controlling of theviscous fingering(VF, p.4 in detail), which is a physicalphenomena, with the chemical reaction, and the application
study for enhanced oil recovery(EOR).

We research the effect of metal ions for polymer solutionsin the view of Weissenberg effect.

共同研究員 Anne De Wit
Collaborator Prof. Anne De Wit（ブリュッセル自由大学）

共同研究員 飯島淳
Collaborator Dr. Jun Iijima（日本大学 医学部 医学科）

共同研究員 伴貴彦
Collaborator Dr. Takahiko Ban（大阪大学 基礎工学研究科）
共同研究員 Manoranjan Mishra
Collaborator Prof. Manoranjan Mishra（インド工科大学 Roper校）
共同研究員 末包哲也
Collaborator Prof. Tetsuya Suekane（東京工業大学 総合理工学研究科）

化学反応による粘度変化
Viscosity change by chemicalreaction (miscible)
化学反応による界面粘弾性変化
Interfacial viscoelasticity
change by chemical reaction(immiscible)
部分混和性流体
Partially miscible fluids
沈殿反応
Precipitation reaction

研究テーマ Research Theme
化学反応による粘弾性変化
Viscoelasticity change bychemical reaction (miscible)

石油増進回収Enhanced oil recovery(EOR)

化学反応による界面張力変化
Interfacial tension change bychemical reaction (miscible)

CO2地中貯留技術
CO2 sequestration
technology

実質的な界面張力
Effective interfacial tension(miscible)化学工業
Chemical industry

金属イオンと高分子水溶液の反応流
Reacting flow of metal ion andpolymer solution4

Viscous fingeringについて About viscous fingering
二枚のガラスの平行平板でできているヘレショウセルや多孔質媒質内に高粘性流体に低粘性流体を注入すると、二流体の界面が流体力学的に不安定になり、指状になります。この現象をViscous fingering(VF)といいます。このような不安定性の研究は石油増進回収(EOR)や胃の粘膜、高分子重合過程、クロマトグラフィー過程などの化学工業プロセスや環境プロセスでは非常に重要です。
When a more viscous fluid is displaced by a less viscous one inporous media or in Hele-Shaw cell, the boundary of the twofluids becomes unstable and forms a finger-like pattern. Thisphenomenon is referred to as viscous fingering(VF). Study ofsuch instability is practically important in several industrial andenvironmental processes such as recovery of crude oil from oilfields, medical applications, chromatographic columns and so on.

当研究室公式キャラクター
フィンガーくん
図1 9.7wt%HEC(高粘性流体)と水(低粘性流体)のVF実験

図2 99wt%グリセリン(高粘性流体)と水(低粘性流体)のVF実験

Fig.1 VF experiment of 9.7
wt% HEC (more viscous)
and water (less viscous)

Fig.2 VF experiment of 99
wt% glycerol (more viscous)
and water (less viscous)

高粘性流体に低粘性流体を注入したときに現れるフィンガーくん。青色の面積が大きいほど、元気がある。
好物：非ニュートン流体（特にマヨネーズ）
長所：粘り強さ
短所：影が薄い
口癖：I see.

応用研究 Application study
主な応用先として石油回収が考えられています。石油回収では自噴などの1次回収、水攻法などの2次回収、そしてEORである3次回収があります。
VF現象は石油増進回収(EOR)の際に起こることが予想されています。石油回収の際、 VFの形成は貯蔵層に石油を残してしまうために、石油回収技術においてVFは負の要因です。そこで私たちは高効率な化学的手法を用いたEORの新しい方法を開発しています。その技術では化学反応を用いてVFを抑制することができます。

自噴1次回収Natural flowPrimary

人工採油法
Artificial lift

2次回収

水攻法

Secondary

Water flood

油層圧維持法Pressuremaintenance

EOR

The main application of our studies is the oil recovery. Theoil recovery is divided into 3 parts, one is primary recovery
such as natural flow, another is secondary recovery such as
water flood, and the other is tertiary recovery such as EOR.
VF appears in enhanced oil recovery (EOR). VF is a negative
factor in terms of oil recovery because formation of VF leads
to some oil staying behind in the reservoir. We are developing
new methods of highly effective chemical EOR in which VF issuppressed by chemical reactions.

3次回収

熱攻法

TertiaryThermal

ミシブル攻法Miscible

ケミカル攻法Chemical

苛性剤攻法

界面活性剤
Surfactant

ポリマー攻法CausticPolymer

非定常現象の研究 About the study of unsteady phenomena
130 mm(a)(b)(c) (a)CONH2CONH2CONH2CONH2(c)化学分子計測を駆使した
高 分子 液 体 反 応流 の 非定常挙動の解明

We try to clarify the unsteadybehavior of polymer-solution
図 非定常現象 高分子水溶液を攪拌してい 図 推測される分子構造の変化
chemically reacting flow using
る槽内にFe3+水溶液を添加したときの添加中、chemical molecule measure.
Fig.
Presumed
construction
conversion
ofpolymer
添加後の槽内の流動状態。(a)添加前、(b)添加後60s、(c)添加後180sの流動状態。
ミクロな分子構造を把握しなければマクロな流体挙動を説明できない世界
Fig. Unsteady phenomenon The flow conditions で最初の反応流の事例in the beaker where Fe3+ solution is poured into This is the first case of chemically reacting flow in which we can’t explain thethe mixed polymer solution . The condition (a) macroscopic behavior of fluids without understanding of the microscopic behavior
before poured, (b) under poured, (c) after poured.
of fluids.
CONH25(b)CONH2

本研究は、多孔質媒質内において沈殿反応により引き起こされる流体不安定対流の実証に世界で初めて成功したもので、多孔質媒質内における置換プロセスの安定性に及ぼす沈殿反応の影響の将来の詳細な解析に道筋をつけるものです。具体的には、(1)ヘレ・ショウセルや実際の多孔質媒質内での種々の沈殿反応を伴う流れの実験、(2)
種々の透過率と沈殿の関数を用いた線形安定性理論や非線形シミュレーション、(3)CO2貯留技術のための炭酸塩を生成するCO2沈殿反応実験、等を実施し、多孔質媒質内における沈殿反応を伴う流動・物質移動のより高精度なモデリングの構築を目指します。
We succeeded to demonstrate the fluid instability convection driven by precipitation reaction in porous media . This experiment leads tomore detailed analysis of influence of precipitation reaction on instabilities of fluids displacement process in porous media. In the future, weestablish more precise modeling for flow and mass transfer with precipitation reaction in porous media by conducting some experiments
such as (1) flow experiment with various precipitation reactions in Hele-Shaw cell or in real porous media, (2) linear instability theory andnon-linear simulation using various kinds of permeability and function of precipitation, (3) experiment of CO2 precipitation reaction in whichcarbonate salt is produced for CO2 sequestration.

国家プロジェクトに参画!! さきがけ研究員 長津※2012～2016

長津は“飛躍的な石油増進回収のための油水反応レオロジー界面の創成”と題して国の科学技術政策や社会的・経済的ニーズを踏まえ、国が定めた戦略目標の達成に向けた目的志向型の基礎研究を行っております。
Prof. Nagatsu has researched the fundamental study which tries to achieve the strategic objectives decided by Japanese government, basedon the national science and technology policies, and the social amd economical needs. His research title is “ To create the oil-water
reaction rheological interface for highly efficient enhanced oil recovery”.

6整った環境が研究を促進するー
ペンダントドロップ界面張力計
Pendant drop tensiometer
液液境界面の界面張力を測定することができます。ただし界面張力値が1.0 mN/m以上のときのみ測定することができます。
油水界面の界面張力はこれで測定します。
We can measure the interfacial tension for liquid-liquid interface if theinterfacial tension is more than 1.0 mN/m. For example, oil water interface.

スピニングドロップ界面張力計
Spinning drop tensiometer
ペンダントドロップ界面張力計では測れない範囲(1.0 mN/m以下)でも測定可能な界面張力測定器です。日本の大学では長津研究室が持っているこれ1台のみです。
We can measure interfacial tension using spinning drop tensiometer even
if the interfacial tension is less than 1.0 mN/m. It is only us that have thisequipment in Japanese universities.

レオメーター（動的粘弾性測定装置）
Rheometer
物質の粘弾性（粘性と弾性）を測定することが可能です。また、測定に仕方によって液液界面の界面レオロジー特性(粘弾性)を測定することも可能です。他の研究室が使いに来ることもあります。
We can measure the viscoelasticity (viscosity and elasticity) of materials. We alsomeasure the interfacial rheology for liquid-liquid interface. Another laboratory
researchers come here to use this equipment.

たくさんの研究器具・測定装置がそろっています。
We have many kinds of equipment for measurement and experiment.

たから～長津研の財～研究の思い出を胸に秘めて未来に旅立つ

ごんだ

7りさ

たがわ さとし

つづきれいこ

権田 理紗

多川 慧

都築 伶子

地方上級公務員(東京都/行政職)

三菱化学(株)(技術職)

本学
博士後期課程

私は長津研究室で石油回収をさらに高効率化する研究をしていました。研
究と公務員試験を両立し、見事合格しました。研究室では優しい先輩方と和気藹々と活動していました。

私は長津研究室で非定常流動に関する研究を行っていました。多くの先輩や後輩たちと過ごし、楽しく研究した思い出が宝物です。社会人として、更に成長します。

私は2流体が混ざり合わないVFについて研究し、海外の先生方と交流することができました。更に深く研究したいと考え、博士後期課程でも長津研究室を志望しました。

長津研究室のミッションポリシー
国立大学法人 東京農工大学 化学システム工学科に所属する
国立大学法人
我が国社会の活力や持続性を確かなものとする上で、新たな価値を生み出す礎となる「知」とそれを担う人材が決定的に重要となっている。その重要な鍵は、知識基盤社会の中核的拠点として全国に配置された国立大学が、社会変革のエンジンとして「知の創出機能」を最大化していくことにある。
文部科学省“国立大学経営力戦略(平成27年6月)”より抜粋

東京農工大学
世界トップ大学と伍して卓越した教育研究を推進
文部科学省 高等教育局 平成27年9月17日“国立大学関係の平成28年度概算要求 及び平成28年度税制改正要望について”より抜粋

化学システム工学科
化学工学に関する（液相反応流）研究で学生さんと共に世界トップレベルの研究成果をあげる

一流の学術雑誌（英語）に論文を掲載させる。
実用化を目指すテーマではその前に特許取得が必要。

ミッションポリシー達成のために学生一人一人のテーマを一流の学術雑誌（英語）を論文掲載させる。

学生A 実験(計算) → 結果 → 学会発表 → 論文執筆・投稿 → 論文掲載
学生B 実験(計算) → 結果 → 特許申請 → 特許取得
→ 学会発表 → 論文執筆・投稿 → 論文掲載
最も重要

長津 ・論文執筆が中心

・研究資金の獲得・実験はできるだけ見たい

大学研究室は社会人になる前の最後の学生期間です。幸せな人生を送れるように、それぞれ学生さんの夢（希望の進路）を叶えてほしいです。そのために、一生懸命に研究して下さい。（ただし、就職活動・公務員試験・大学院入試がある人は除く。）
研究室活動では実験（計算）し、結果を出し、学会発表し、論文執筆・投稿し、論文を掲載します。大手の化学系会社では、研究・開発し、結果を出し、社内・社外報告し、社内・社外レポートを執筆します。つまり、化学系会社での活動は大学の研究室活動と同じような流れなのです。研究室活動することが将来の会社でのすべきことにつながるのです。
4年生で卒業される方は、研究室活動をする前に就職するため、就職自体に研究室活動は関係ないのかもしれないですが、その後の社会人生活に卒業研究が役立ちます。また、博士前期課程を修了される方は、研究活動を一生懸命にすることが大手への就職につながりますし、その後の仕事にも生きるはずです。さらに、博士後期課程を修了される方は、結果があっても成果がなければ卒業・修了することができません。つまり、どの学生さんにも共通ですが、一生懸命に研究して下さい。
8Our Activities

3月 March
研究の引き継ぎ。実験テーマを決めたり、実験のやり方や機械の使い方を教わったりする。
Taking over the researches. Prof. Nagatsu decides your research theme and your seniors teach you
how to conduct experiments and how to use measuring machines.

4月 April
研究室活動開始。報告ゼミ開始。
報告ゼミ：3週間に1度、メンバーの前で自分の実験の進捗状況をパワーポイントにて発表する。
報告書：3週間に1度、長津先生に実験の報告書を作成し、提出する。
論文ゼミ：半期に1度、関連論文を和訳し、発表する。
Starting laboratory activities. You should report your experiments to members with PPT at Report
Seminar..
Report Seminar : You should report your experiments to members with PPT once every 3 weeks.
Report : You should submit your report to Prof. Nagatsu with word file.
Paper Seminar : You should introduce your reference paper to member in Japanese.

8月 August
申告制夏休み。大学院入試。研究。
Undergraduate 4th grade students taking entrance examination for graduate school. We are in summer vacation!!!

9月 September
後期の研究活動開始。(B4中間発表)
Starting the second semester. (Undergraduate 4th grade students have midterm presentation)

10月 October
B4中間発表Undergraduate 4th grade students have midterm presentation for graduate thesis.

11月 November
農学部学園祭。3年生への研究室紹介
We have campus festival at Agriculture Campus. Undergraduate 3rd grade students visit our Lab.

12月 December
寒いぜ。
It is getting cold.

2月 February
卒論・修論・中間発表
Undergraduate 4th grade students and students in master 2nd course have final presentation ofgraduate thesis, and students in master 1st course have midterm presentation.
＊ちなみに飲み会やパーティーなどは、気分とみんなの予定で開催されます。
We sometimes have party (e.g. welcome party, end of year party and etc).
9Rules in Nagatsu Laboratory

長津研究室の掟★コアタイムは原則9:00～17:00
We normally start our activities from 9:00 to 17:00★予定がある学生はカレンダーに書いておくことWe must write our schedules to the calendar★報告ゼミ・報告書(3週間に1回)、論文ゼミ(半期に1回)を欠かさないこと
We must attend and have report presentation and write reports once every 3 weeks,and have reference paper presentation once every semester.
Conference Presentations (2015～)

学会発表（2015年以降）
Nagatsu Yuichiro, Toshizo Kanbara, Masafumi Taniguti
Suppression of a hydrodynamic instability by chemical reaction producing gel
Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems GRC , July 17~22, 2016 (Stowe, America)
Reiko Tsuzuki, Masanari Fujimura, Yuichiro Nagatsu
Influence of chemical reaction decreasing interfacial tension on a hydrodynamic instability
Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems GRS & GRC , July 16~22, 2016 (Stowe, America)
Kizuna Abe, Shuntaro Arai, Yuichiro Nagatsu
A proposal of novel chemical flooding using reactive viscoelastic oil- water interface for enhanced heavy oil recovery
Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems GRS & GRC , July 16~22, 2016 (Stowe, America)
Ryuta Suzuki, Takahiko Ban, Manoranjan Mishra, Yuichiro Nagatsu
Hydrodynamic interfacial instability driven by partial miscibility in a fluid displacement process
Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems GRS & GRC , July 16~22, 2016 (Stowe, America)
Satoshi Tagawa, Jun Iijima, Yuichiro Nagatsu
Elucidation of unsteady flows in a mixing and reaction process between an aqueous polymer solution and a metal ion
化学工学会第81年会 Mar. 13~15 (Osaka, Japan)
Hamirul Bin Othman, Manoranjan Mishra, Yuichiro Nagatsu
Radial viscous fingering of finite miscible ring: An experimental study
Twelfth International Conference on Flow Dynamics, Oct. 27~29, 2015 (Sendai, Japan)
Ryuta Suzuki, Takahiko Ban, Manoranjan Mishra, Yuichiro Nagatsu
Experimental study of viscous fingering in an aqueous two phase system
Twelfth International Conference on Flow Dynamics, Oct. 27~29, 2015 (Sendai, Japan)

10http://web.tuat.ac.jp/~nagatsu/