2006 Fiscal Year Annual Research Report
超音波可視化法による低Pr数流体液柱マランゴニ対流の遷移現象の解明
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17360087
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
依田 眞一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (00344276)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今石 宣之 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (60034394)
松本 聡 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 主任研究員 (90360718)
益子 岳史 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 宇宙航空プロジェクト研究員 (70415917)
石川 毅彦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 助教授 (00371138)
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| Keywords | 数値解析 / 低Pr流体 / ハーフゾーン液柱 / マランゴニ対流 / 振動型マランゴニ対流 / 臨界条件 / POD解析 |
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| Research Abstract |
低プラントル数流体の液柱マランゴニ対流について実験および数値解析による研究を実施した。実験においては、溶融錫を用いた対流の観察を行い、これまで解析により予測されていた軸対称定常流から非軸対称定常流の遷移現象を初めて捉えることに成功した。また、更に対流の駆動力を大きくした場合に振動流へと遷移した。振動流遷移後の流れのダイナミクス変化を捉え、最終的にカオス的な流れの状態の観察を行った。
数値解析においては、上下の固体支持棒内の熱伝導の効果も考慮した数理モデルによる詳細な数値解析を実施した。支持棒両端間の温度差を時間と共に増加させ、マランゴニ対流が軸対称流から3次元対流へ、さらに大きな温度差の下で振動流に遷移する状況をシミュレーションした。平成17年度には、液柱の表面形状を真円柱とした場合について計算し、流れの遷移条件(臨界温度差)に及ぼすアスペクト比(As=液柱長/液柱半径)の効果を、As=0.8〜2.2の広い範囲にわたって、世界で初めて明らかにし、JCG誌に発表した。
これらの結果を基に、平成18年度には真円柱状液柱内に生じる振動型マランゴニ対流の数値解析結果を、さらに直交関数分解法(POD法)により解析し、流れと温度の時空間的な変動の微細構造を明らかにした。この解析結果はJCG誌に投稿し、3月に受理され、現在印刷中である。
また、前年度から開発してきた境界適合型座標系による計算コードを完成させ、As=2.0の比較的長い液柱について、重力による液柱表面形状の変形および浮力が臨界条件に及ぼす効果を3次元非定常数値解析によって詳細に検討し、真円柱からの偏倚と温度勾配の方向によって、臨界温度差および振動モードが変化することを初めて明らかにした。この解析結果は、2006年11月に開催された第22回日本マイクログラビティ応用学会において口頭発表し、現在JCG誌への投稿準備中である。
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