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2006 Fiscal Year Annual Research Report

浮遊液滴の非線形ダイナミクスに関する研究

Research Project

Project/Area Number 18360083
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

阿部 豊  筑波大学, 大学院システム情報工学研究科, 教授 (10241720)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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, 研究員 (90360718)
西成 活裕  東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (40272083)
渡辺 正  独立政法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (50391355)
Keywords浮遊液滴 / 非線形 / ダイナミクス / 超音波 / 静電浮遊 / レベルセット法 / PIV
Research Abstract

静電浮遊ならびに超音波浮遊技術を用いた液滴浮遊実験を行った。静電浮遊実験の結果、浮遊液滴の回転が液滴界面の変形挙動に与える影響を明らかにするとともに、変形の挙動が非線形となるしきい条件を明らかにした。これにより、理論ならびに数値解析との比較検討を行うためのデータベースを得ることが出来た。更に、非線形効果が顕著となる大振幅振動に関する実験的観察を行い、振動周波数への影響を明らかにした。その実験結果を解析するために、非線形現象論モデルを構築し解析を行った結果、非線形効果を定性的に理解することができた。超音波浮遊実験においては、大粒径透明液滴の浮遊実験を地上の通常重力環境と航空機を用いた微小重力環境の両環境で行い、重力場が浮遊液滴の形状や内部流動に及ぼす影響を明らかにした。PIV法を用いて大粒径浮遊液滴の内部流動測定を行い、界面変形と内部流動を定量評価することによって流れ場の挙動についての評価を行った。
液滴の非線形挙動について、回転が加わった際の固有振動数変化について理論的に調べ、回転による扁平形状への変形効果について摂動論を用いて振動数補正を得ることができた。その結果、モードや軸対称性のずれの程度により、振動数補正は正にも負にもなりうることが分かった。回転数をあげていくと軸対称扁平形状が不安定化することも理論と数値計算により示した。以上の非線形解析の基礎理論として、曲面の大変形運動の取り扱いについて検討し、ガウス=コダッチの方程式を用いて曲面上の座標系を用いた記述方法を考案し、幾何的非線形の取り扱いの枠組みを完成した。
浮遊液滴の非定常流体場の数値シミュレーションを行うために、流動を表すナビエストークス方程式と界面の運動を表す方程式を連立させレベルセット法により解く三次元コードを開発し、並列化による高速化を施した。液滴の形状振動に及ぼす変形振幅及び回転による影響を調べ、振幅が増加すると振動数は減少し、回転数が増加すると振動数も増加することを明らかにし、非線形性が顕著となる条件を特定した。また、振動数変化が液滴内部の不均一な圧力分布と対応していることを明らかにした。

  • Research Products

    (12 results)

All 2006

All Journal Article (12 results)

  • [Journal Article] Study on Internal Folw and Surface Deformation of Large Droplet Levitated by Ultrasonic Wave2006

    • Author(s)
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • Journal Title

      Annls of New York Academy of Science 1077

      Pages: 49-62

  • [Journal Article] 超音波による大粒径浮遊液滴の流動挙動に関する研究2006

    • Author(s)
      阿部豊, 日向大輔, 栗津茂
    • Journal Title

      日本混相流学会年会講演会2006講演論文集

      Pages: 180-181

  • [Journal Article] Large-amplitude oscillation of Droplet Levitated by Electrostatic Force2006

    • Author(s)
      S.Awazu, S.Matsumoto, T.Ishikawa, S.Yoda
    • Journal Title

      25^<th> International Symposium on Space Technology and Science 2006-h-11

  • [Journal Article] 浮遊液滴の非線形挙動に関する研究2006

    • Author(s)
      栗津 茂, 松本 聡, 阿部 豊
    • Journal Title

      日本混相流学会年会講演会2006講演論文集,(2006) G213

      Pages: 336-337

  • [Journal Article] Dynamics of Oscillating and Rotatin Liquid Drop using Electrostatic Levitator2006

    • Author(s)
      S.Matsumoto, S.Awazu, Y.Abe, T.Watanabe, K.Nishinari, S.Yoda
    • Journal Title

      Bulletin of the APS, 59^<th> Annual Meeting of the Division of Fluid dynamics Vol.59, No.9

      Pages: 87

  • [Journal Article] Oscillation and rotation of levitated liquid droplet2006

    • Author(s)
      Tadashi Watanabe
    • Journal Title

      Proc. European Conference on Computational Fluid Dynamics(CD)

  • [Journal Article] A new stochastic cellular automaton model on traffic flow and its jammin phase transition2006

    • Author(s)
      S.Sakai, K.Nishinari, S.IIda
    • Journal Title

      J. Phys. A : Math. Gen., vol..39

      Pages: 15327-15339

  • [Journal Article] Modelling of self-driven particles : foraging ants and pedestrians2006

    • Author(s)
      K.Nishinari, K.Sugawara, T.Kazama, A.Schadschneider, D.Chowdhury
    • Journal Title

      Physica A vol.372

      Pages: 132-141

  • [Journal Article] Exact solution and asymptotic behaviour of the asymmetric simple exclusion process on a ring2006

    • Author(s)
      M.Kanai, K.Nishinari, T.Tokihiro
    • Journal Title

      J. Phys. A; Math. Gen. vol.39

      Pages: 9071-9079

  • [Journal Article] Competition of coarsening and shredding of clusters in a driven diffusive lattice gas2006

    • Author(s)
      A.Kunwar, D.Chowdhury, A.Schadschneider, K.Nishinari
    • Journal Title

      J. Stat. Mech.

      Pages: 06012

  • [Journal Article] Analytical study on the criticality of the stochastic optimal velocity model2006

    • Author(s)
      M.Kanai, K.Nishinari, T.Tokihiro
    • Journal Title

      J. Phys. A : Math. Gen. vol.39

      Pages: 2921-2933

  • [Journal Article] Power-law fluctuation in expressway fraffic flow : detrended fluctuation analysis2006

    • Author(s)
      S.Tadaki, M.Kikuchi, A.Nakayama, K.Nishinari, A.Shibata, Y.Sugiyama, S.Yukawa
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn. Vol.75

      Pages: 034002

URL: 

Published: 2008-05-08   Modified: 2016-04-21  

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