phase transition mechanism on self-induced collective motion in swarm of dispersed bodies

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K13686
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 渡村 友昭 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (40777736)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 混相流 / 蛍光計測 / 不安定

Outline of Annual Research Achievements

清澄分離に伴う密度流の不安定流動を解明するため，粒子空間分の可視化に取り組んだ．傾斜壁面を有する台形容器に粒子懸濁液を入れ，粒子の空間敵的な粗密分布が生じる様子を観察した．その結果，粒子体積率の増加に従い，粗密分布の空間的スケールが小さくなること，ならびに，ある一定の傾斜角度以上で粗密分布が出現しなくなることを示した．また，蛍光と粒子画像速度計測，ならびに光退光速度計測法を用いた速度計測とより液相速度を取得した．その結果，液相の乱れ強度はフルード数約1を境界として大きな値を示すことを示した．このことから分散体の自己集団流動に生じる分散体の粗密分布構造は，重力流の不安定である転波により生じることが分かった．また，液相の乱れ強度ならびに分散体と連続相の平均速度差は，平均分散体距離と清澄層厚さに比である濃度界面の解像度が0.5を境界に変化することを示した．このことは，粒子間平均距離が清澄層厚さよりも十分に小さい時，分散体は集団的に振る舞い，一方で粒子間平均距離が清澄層厚さよりも十分に大きい時には，分散体は個別の振る舞いをすることを意味する．以上の結果から，分散群が誘起する流れの非定常性は，分散体の集団性が必要であり，さらに密度流の不安定が生じた場合のみ発現すると結論付けた．