2017 Fiscal Year Annual Research Report
Statistical Mechanical Study on Transport Phenomena of Weak Turbulence Using Nematic Electroconvection
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15K05799
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
日高 芳樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (70274511)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 液晶電気対流 / ソフトモード乱流 / ステップ外力応答 / 緩和関数 / 欠陥乱流 / 非熱的Brown運動 / superdiffusion / subdiffusion |
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| Outline of Annual Research Achievements |
弱い乱流の一種である液晶電気対流のソフトモード乱流に対して、揺らぎと外力応答の関係を明らかにするために、ステップ外力応答を観測した。外力として液晶ディレクタが印加方向にそろう磁場を用いた。磁場下でそろった対流ロールが、磁場除去後に乱流化する過程を、対流ロールの向きがどのくらい揃っているかを定量的に表す秩序度の時間変化の緩和関数として観測した。その結果、対流の向きが不連続に回転する速い応答と、ゆっくりと連続的に回転する遅い応答の2段階に分けられることがわかった。一方、外力のない状態での秩序度の時間相関関数と緩和関数の比較を行なった。その結果、両者が一致しない、すなわち揺動散逸定理が成り立たないことがわかった。これは、複数の要素の非線形相互作用によって生じる弱い乱流に特有の現象であることが明らかとなった。
別の種類の弱い乱流である欠陥乱流に対して、混入した孤立微粒子の位置座標の時間変化を測定する非熱的Brown運動によって、欠陥乱流による拡散の性質を明らかにした。測定した位置座標から、粗視化時間による拡散の性質の変化がわかる時間依存拡散係数を得た。その結果、短い時間スケールでは、対流の推進による弾道的性質を含む優拡散(superdiffusion)が起こり、中間的なスケールではロール内の閉じ込め効果による劣拡散(subdiffusion)が起こり、長い時間スケールではhop拡散による通常拡散(normal diffusion)が起こることがわかった。このように弱い乱流の拡散の性質は、局所的な秩序と大局的な無秩序が共存するという弱い乱流の重要な性質を反映していることがわかった。
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