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定常的機械刺激が誘起する粉粒体の相分離ダイナミクス

Research Project

Project/Area Number 23740295
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

稲垣 紫緒  京都大学, ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー, 研究員 (20452261)

Project Period (FY) 2011
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2011: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords非平衡・非線形物理学 / 非平衡散逸系 / 粉粒体物理学
Research Abstract

大きさや形の異なる複数の種類の粉粒体を容器に入れ、機械的刺激によって擾乱を与えた際に誘起される分離現象(segregation)の時空間ダイナミクスについて実験と理論の両面から研究を行う。定常的機械刺激のもとで、粒子のサイズが10^-6~l0^-2[m]の間で変化すると、どのように相分離ダイナミクスが変わるのかを系統的に調べる。そのことにより、kBTの熱揺らぎのもとでの相転移や相分離現象との共通点と相違点を明確することが本研究の中心的な課題である。
水平に置いた円筒容器に大きさや形の異なる2種類の粒子を封入して回転させると、粒子の分離現象が観察される。この分離パターンの時空間ダイナミクスについて、実験と理論の両面から研究を行った。実験については、円筒容器を開閉式にし、サイズ分離した状態で容器を開けて粉体媒質の内部の分離の様子を直接観察できるようにする。軸周りの回転によって粒子は駆動されているが、軸に平行な向きへの自発的な流れがどのように誘起されるのかについて、特に着目して調べる。これまでの研究で、粉体媒質が円筒の内壁から受けるずり応力が、軸方向の対流に重要であることが示唆される結果を得ており、円筒内部のずり応力のかかり方を変えることによって、粉粒体の分離現象のメカニズムを究明していく。
その結果、予期した以上の成果が得られた。粉体媒質への新たなずり応力の与え方として、円筒の内側と外側からずりを与えるために、円筒容器を二重にして実験を行った。これまでの研究で、一重円筒の容器に2種類の粉粒体をほぼ完全に充填させて回転させた場合には、バンドが進行波として現れることが観察されていたが、今回は2重円筒の間にほぼ完全に粒子を充填して容器を回転させ、バンドが定常的に振動する時空間ダイナミクスを得るのに成功した。このような振動解は、回転ドラム系に限らず、粉粒体の分離現象において新規の発見であり、どのような条件で振動が起こるのか、今後さらに詳細を調べる予定である。

Report

(1 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2012 2011

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Protocol dependence of mechanical properties in granular systems2011

    • Author(s)
      Shio Inagaki, Michio Otuski, and Shin-ichi Sasa
    • Journal Title

      The European Physical Journal E

      Volume: 34 Issue: 11

    • DOI

      10.1140/epje/i2011-11124-6

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 振動場が誘起する水平面内の回転運動に関する数理モデル2012

    • Author(s)
      稲垣紫緒
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • Year and Date
      2012-03-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Playing with sands : Segregation induced by mechanical agitation2011

    • Author(s)
      稲垣紫緒
    • Organizer
      Nara Workshop on Fracture and Related Topics
    • Place of Presentation
      奈良女子大学
    • Year and Date
      2011-10-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 振動場における物体の運動モード分岐に関するモデル2011

    • Author(s)
      稲垣紫緒
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学五福キャンパス
    • Year and Date
      2011-09-22
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-08-05   Modified: 2019-07-29  

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