非定常ローレンツ力による界面不安定形ダブルディフュージョンオ-グメンテ-タの開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555057
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 山根 隆一郎 東京工業大学, 工学部, 教授 (50016424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 修造 東京工業大学, 工学部, 助手 (20143670)
• Keywords: 流体工学 / 電磁流体力学 / 不安定波 / 表面波 / 直流磁場 / 交流磁場 / 非定常電磁力 / 導電性流体

Research Abstract

本年度は,非定常ローレンツ力を無接触で発生させ,それによる波動を利用した熱・物質移動あるいは化学反応の促進を確立するために解析と試験機によるモデル実験を行い,次のような結論を得た.
非定常電磁力を一様水平交流磁場により不安定波を発生させた場合:1)液体金属表面上に励起される不安定波は,印加磁場の周波数と同じ振動数で振動する.2)不安定条件は磁気レイノルズ数Rm,スチュアート数Np,ウェーバ数WeおよびレイノルズRe数の計4つの無次元パラメータによて支配される.3)波数ベクトルが印加磁場に平行な波が最も不安定である.4)ウェーバ数Weおよびレイノルズ数Reが一定の場合,磁場レイノルズ数Rmの減少に伴い真の安定境界はω-Np平面上で上方に移動し系は安定化するが,磁場の周波数と不安定波の波数の関係はほとんど変化しない.5)磁気レイノルズRmおよびレイノルズ数が一定の場合,ウェーバ数Weの減少に伴い安定境界はω-Np平面上で右に移動し,与えられた磁場の周波数の下で発生する不安定波の波数は減少する.6)磁気レイノルズ数Rmおよびウェーバ数Weが一定の場合,レイノルズ数Reの減少に伴い真の安定境界はω-Np平面上で上方に移動し系は安定化するが,不安定波の波数と磁場の周波数の関係はほどんど変化しない.7)磁場の周波数とともに誘導電流は表面に集中するようになり,表面付近での発熱が顕著になる8.)実機を想定した場合,不安定波の発生には比較的周波数の高い強い交流磁場を必要とする.
一様水平直流磁場と非一様鉛直交流磁場により表面波を発生させた場合:1)鉛直磁場の周波数で振動する表面波が発生する.2)鉛直交流磁場の振幅が一定の場合,表面波の振幅を最大にする最適水平直流磁場強度が存在する.3)表面波の振動パターンは磁場分布より容器の形状に強く依存する.4)直流磁場強度は比較的高くとれることから,交流磁場のみによる加振より弱い交流磁場で表面波の振幅を大きくすることができる.