| Research Abstract |
低プラントル数流体であるシリコン融液のマランゴニ対流,特に,液柱の軸方向と平行に一方向性の温度差がついた,ハーフゾーン液柱における不安定性のメカニズムの解明に成功した.
低プラントル数流体における液柱マランゴニ対流においては,低いレイノルズ数(マランゴニ数)において不安定化が生ずる.しかしながら,低レイノルズ数(マランゴニ数)を実験的に実現しようとすると,物性値の制約から困難である.このため,実験的に低レイノルズ数(マランゴニ数)を実現するために,液柱の表面を固体壁で覆い,その一部に帯状の開口部を設けて自由表面を作り,この自由表面における液柱軸方向の温度差がマランゴニ対流の駆動力となることに着目して,低レイノルズ数(マランゴニ数)化することが提案されている.このように,一部に固体壁がある場合の液柱におけるマランゴニ対流における流れの構造を,不安定化メカニズを,数値シミュレーションによって調べた.
液柱全体の高さ,開口部長さと液柱高さとの比,開口部の部位(高温側か低温側か)をパラメータとして,線形安定解析およびエネルギー解析を実施した.その結果,不安定化のメカニズムとして,楕円不安定性と遠心力安定性の2つのメカニズムがある.液柱の高さが低くなるほど,また,開口部が高温域にある場合ほど,主セルの形状が真円に近くなり,楕円不安性が生じにくくなり,結果として競合する遠心力不安性が支配的になることを発見した.開口部が高温側にある場合には,軸対称定常流から非軸対称振動流に直接遷移する場合があること,さらに,低温部に開口部がある場合には,流れのパターンはハーフゾーンとほぼ同一であり,ハーフゾーン液柱構造においてマランゴニ数を小さくする手段として利用可能であることを明らかにした.
溶融銀を作動流体とした液柱マランゴニ対流についても研究を開始し,振動流の存在を認めた.
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