2017 Fiscal Year Research-status Report
単結晶高品位化に資する，非定常表面張力差対流の新規制御法のための物理モデリング
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17K14611
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology |
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Principal Investigator |
工藤 正樹 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (60634524)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マランゴニ対流 / 非定常流 / 乱流 / カオス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非定常な温度差マランゴニ対流によって単結晶材に欠陥が生じるという課題が残されている．非定常対流のメカニズムは未解明であり，未だ有効な制御手法が確立されていない．そこで本研究では，効果的な制御手法を確立することを目標として対流場と温度場を詳細に調査し，これらをもとに制御用の物理モデルの構築を行う．
H29年度は物理モデルを構築するための基礎データとして，対流場と温度場の時空間構造を調査した．その結果として，地上実験では非定常流において，液柱上下で異なる振動モードを有すること明らかにした．さらに非定常流（乱流）に遷移するマランゴニ数を評価し，臨界マランゴニ数のおよそ2～4倍とわかった．この場合，乱流化するマランゴニ数は液柱のアスペクト比に依って異なることを示した．またマランゴニ数を増加させるに伴い，定常流，非定常流（周期），非定常流（準周期）へ分岐し，最終的に乱流化することを明らかにした．非定常流（振動流～乱流）における対流場および温度場のデータを広範囲に取得した．さらにFZ液柱の基礎モデルである薄液膜における，非定常流マランゴニ対流の数値シミュレーションも新たに実施した．
以上をHZ液柱で得られている先行結果と比較する．まず乱流に遷移する際のマランゴニ数と臨界マランゴニ数の比はFZ液柱とHZ液柱でほぼ同じであることがわかった．さらに乱流化するマランゴニ数がアスペクト比に依存することもFZ液柱とHZ液柱で同様である．また定常流から乱流ヘの遷移過程もFZ液柱とHZ液柱で同様であることが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請書に記載した通り，H29年度にて対流場と温度場の時空間構造の調査の途中まで（乱流化するマランゴニ数の特定，対流場と温度場の時系列データの取得）実験データを取得できた。FZ液柱の基礎モデルである薄液膜における，非定常流マランゴニ対流の数値シミュレーションも新たに実施した．本成果は関東学生会第57回学生員卒業研究発表講演会（2018年3月）に報告し，また日本伝熱シンポジウム（2018年5月）および日本流体力学会 年会2018（2018年9月）で報告予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の進捗は順調であり，このまま当初の研究計画に従って研究を推進する．H30年度は引き続き対流場と温度場の詳細なデータを取得し終え，数理モデル化に着手する．さらに対流場と温度場の詳細なデータを解析し，学会での報告し，かつ査読付き論文に投稿する．
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| Causes of Carryover |
購入品の当初予定額と差が生じたため．次年度の物品もしくは旅費に充てる．
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Research Products
(3 results)
