2023 Fiscal Year Annual Research Report
Formation of polygonal vortex ring caused by interfacial instability
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18K03572
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| Research Institution | Nara Women's University |
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Principal Investigator |
下川 倫子 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (80554419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂口 英継 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90192591)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 不安定性 / モードセレクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、渦輪の多角形への変形メカニズムの解明を通して粘性流体における非平衡界面の変形現象を理解することである。粘性流体中を沈降する液滴は 沈降過程で渦輪に変形した後、自発的にいくつかの液滴に分裂する。日常生活で使用する万年筆のインクとグラスに注いだ水を使えば、誰でも簡単に観察できる身近な現象であるが、液滴の形状や沈降速度が時間とともに変化する非定常な系であるため、そのダイナミクスが十分に理解されているとは言えない。そこで、我々は液滴と粘性流体の界面で生じる不安定化についての研究を通して、そのダイナミクスを理解することを考えた。本研究期間では以下の成果が得られた。
１．粘度、初期の液滴のサイズ、二流体の密度差を含む無次元量を提案し、分裂個数を特徴づける物理量を実験で示した。
２．液滴の分裂個数に対する渦輪の循環は液滴が沈降し始めてから分裂するまでのタイムスケールに影響を及ぼすが分裂個数への影響はない。
３．液滴の分裂個数は同じ実験条件でも揺らぐ。実験で分裂個数に関する分布を調べた。現象論モデルを提案し、実験で測定された分布を再現した。モデルと実験の比較より、分裂時の渦輪のスケールより十分に小さな初期の揺らぎが渦輪の成長とともに増幅し、分裂が起こるときには分裂個数の選択機構に影響を及ぼすほどゆらぎが大きくなった結果、分裂個数がゆらいでいることが分かった。
最終年度は複数の国際学会や国内学会で成果発表をし、本研究成果をまとめた。
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