2019 Fiscal Year Annual Research Report
Physical modelling for building new method to control unsteady thermocapillary convection in order to create single crystals of high quality
| Project/Area Number |
17K14611
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology |
|---|
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 非定常マランゴニ対流 / 制御用物理モデル / ３次元数値シミュレーション / 粒子画像流速計測法 / 次元縮約モデル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
H31年度は数理モデルの構築のために，流体の運動方程式の簡略化など様々な手法を試した．その結果，現実の制御で要求されるリアルタイム性を実現するためには，データ同化による次元縮約モデルの高精度化が有効であると判断した．それ故，次元縮約モデルの構築に向けて，薄液膜モデルに加えて，H31年度からフルゾーン液柱の数値シミュレーション（CFD）も新たに実施した．またデータ同化による高精度化のために，現存する計測法で取得可能な3次元流速分布を取得して活用することとした．このため，H30年度から実施している薄液膜内非定常マランゴニ対流の粒子画像流速計測法（PIV）の開発をさらに進めた．
研究成果は次の通りである．まずフルゾーン液柱のCFDについて，得られた非定常対流場を先行の実験結果と比較し，定性的に一致していることを確認できた．これによりCFDで得られる温度場および流速場の詳細なデータを用いて，実用に耐えうる次元縮約モデルの構築が可能となった．これに加えて，薄液膜モデルのCFDについて非定常流のパターンと液膜厚さの関係を調査し終え，その成果を国際誌に投稿した．
次に薄液膜モデルに対してステレオPIVを新たに構築し，局所的ながらも非定常3次元流速分布を取得できるようになった．これにより広範な３次元流速分布の得られるトモグラフィックPIVの構築が可能となり，データ同化の高精度化への道筋が出来た．
以上より，非定常な温度差マランゴニ対流に対して効果的な制御手法を確立するために対流場と温度場を詳細に調査することに成功し，制御用の物理モデルの構築の道筋をつけることができた．物理モデルの制御システムへの実装および制御実験は今後の課題である．
|
