| Project/Area Number |
07832003
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| Research Category |
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
非線形科学
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
佐々木 悳 茨城大学, 理学部, 助手 (60007565)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 龍生 茨城大学, 理学部, 助教授 (60241741)
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| Project Period (FY) |
1995
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 1995)
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| Budget Amount *help |
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 1995: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
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| Keywords | 非線形動力学 / 粉体の動力学 / 砂丘の動力学 |
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| Research Abstract |
本研究を通じて、粉体(主に砂)の非線形動力学に関する3つの事項についての研究をすすめ、それぞれについて論文を作成した。
・まず、一定の風速のもとで砂の表面に形成される風紋について、申請者の以前の研究をさらに展開し、多分散性の粒子の集合が時間とともに相分離していく機構を提案した。具体的には、実際の風紋形成の過程で尾根には粗い砂、谷には微細な砂が集積する傾向に着目し、それぞれの粒子から形成される斜面での安息角が異なれば相分離が促進されることを明らかにした。
・次に、砂表面の最も大規模なパターンである砂丘形成の簡単な数値模型を提案した。従来の数値的研究は、上空の風の流れと、風によって駆動される砂丘の表面の砂の移動を結合させた偏微分方程式をできるだけ忠実に解くことに主眼が置かれてきたが、そのため非常に限られた時間領域しか計算することができず、様々な種類の砂丘の発生、成長、移動、進化、消滅などの過程を統一的に扱うことが困難であった。一方、我々の模型では、砂の輸送を砂丘の局所的な地形の傾きのみに依存させることで、上空の空気の動力学を直接取り入れない手法を取り入れた。結果として、計算が非常に簡単化され、先に挙げた砂丘の様々な発展段階を統一的に再現することに成功した。また、バルハン砂丘、セイフ砂丘、星形砂丘など典型的な形状の砂丘を風向の定常性、砂漠の各地域での砂の量の関数として再現し、観測データとの一致を見た。
・最後に、粉体振動の実験的研究を行った。細菌の一連の粉体振動層の実験では、粉体を振動させた状態と、流体との類似が指摘されているが、我々は粉体振動層に上方からパイプをさし込み、流体における毛管現象の対応現象を調べた。その結果、粉体振動層では、パイプの太さをある一定値以上にしたときパイプ内への吸い上げが実現するという「逆毛管現象」が一般的であり、さらに、この現象は、粉体粒子の大きさを小さくしていったとき、定常的吸い上げ高さが分岐するという特異な性質を示すことを発見した。これらの結果は、上に述べた粉体振動層と流体の類似性を大きく破るものであり、粉体の動力学の本質にせまるものと期待されている。
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