• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Physical modelling for building new method to control unsteady thermocapillary convection in order to create single crystals of high quality

Research Project

Project/Area Number 17K14611
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionTokyo Metropolitan College of Industrial Technology

Principal Investigator

Kudo Masaki  東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (60634524)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords単結晶高品位化 / 非定常表面張力差対流 / 物理モデリング / 対流場,温度場 / 数値シミュレーション / 粒子画像流速計 / 非定常マランゴニ対流 / 制御用物理モデル / 3次元数値シミュレーション / 粒子画像流速計測法 / 次元縮約モデル / マランゴニ対流 / 非定常流 / 乱流 / 時空間構造 / カオス / 熱流体力学 / 制御 / モデリング
Outline of Final Research Achievements

Thermal and flow fields of full-zone (FZ) liquid bridge were investigated carefully to construct a physical model of FZ liquid bridge for a flow control system. By investigating the spatiotemporal structures of thermal and flow fields, we observed different oscillatory modal structure and Fourier spectrum in upper and lower liquid bridge. Moreover, to construct the physical model, we introduced a numerical simulation (CFD) and a Particle Imaging Velocimetry (PIV) for obtaining broader and more detailed thermal and flow field. “Thin liquid layer model” was also introduced, because it is appropriate as a basis for making a reduced-order model (ROM) and a data assimilation. Broad and detailed thermal and flow field were obtained in the thin liquid layer model, then know-how to introduce CFD and PIV to the FZ liquid bridge was acquired. We achieved significant results for paving the way to make practical physical model.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非定常な温度差マランゴニ対流に対して効果的な制御手法を確立するために対流場と温度場を詳細に調査し,制御用の物理モデルの構築の道筋をつけることができた.以上の成果は,FZ法の技術レベル向上に大きく貢献する.これにより半導体,レーザ,LED,二次電池材となる単結晶の高品位化,低コスト化が実現されることで,先端産業の発展に大きく貢献する.また,マランゴニ対流のメカニズム解明は界面における熱流体力学の学術的発展に大きく寄与する.界面における熱流体力学は省エネ,環境問題の解決に不可欠な分野であり,世界中で精力的に研究されている.以上の点から,本研究の社会的波及効果は極めて大きい.

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2020 2019 2018

All Presentation (11 results)

  • [Presentation] フルゾーン液柱内温度差マランゴニ対流のカオス流への遷移について2020

    • Author(s)
      小林耀,工藤正樹
    • Organizer
      日本機械学会関東支部 第26期総会・講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 薄液膜内温度差マランゴニ対流に対するステレオPIV2020

    • Author(s)
      中川寛之,工藤正樹
    • Organizer
      日本機械学会関東支部 第26期総会・講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 薄液膜内非定常温度差マランゴニ対流の能動的制御2020

    • Author(s)
      五十嵐啓太,工藤正樹
    • Organizer
      第57回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 加熱位置を考慮した薄液膜内温度差マランゴニ対流の抑制制御2019

    • Author(s)
      五十嵐啓太,工藤正樹
    • Organizer
      日本マイクログラビティ応用学会 第31回学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 薄液膜内温度差マランゴニ対流の遷移に関する数値解析2019

    • Author(s)
      越智拓郎,工藤正樹
    • Organizer
      第56回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 薄液膜内温度差マランゴニ対流の振動流に対する抑制制御2019

    • Author(s)
      五十嵐啓大,工藤正樹
    • Organizer
      日本機械学会関東支部 第25期講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 薄液膜内温度差マランゴニ対流の遷移に関する数値解析2019

    • Author(s)
      工藤正樹,越智拓郎
    • Organizer
      第56回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 薄液膜内温度差マランゴニ対流に対するPIV 計測2018

    • Author(s)
      中川寛之,工藤正樹
    • Organizer
      第46回可視化情報シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] フルゾーン液柱内温度差マランゴニ対流のカオス化過程2018

    • Author(s)
      工藤正樹
    • Organizer
      第55回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] フルゾーン液柱内温度差マランゴニ対流の非定常流における対流場と温度場の構造について2018

    • Author(s)
      工藤正樹
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2018
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 薄液膜内温度差マランゴニ対流の遷移に関する数値解析2018

    • Author(s)
      越智拓郎
    • Organizer
      関東学生会第57回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi