2009 Fiscal Year Annual Research Report
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19560070
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
平野 博之 Okayama University of Science, 工学部, 教授 (60264115)
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| Keywords | シミュレーション / 流体工学 / 数理工学 / 強磁場 |
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| Research Abstract |
静止した空気中において、直径が0.1μmでその密度が水に等しい微粒子がブラウン運動する様子を、外力としてランダムな性質を持つ力を考慮した、いわゆるLangevin方程式(ランジュバン方程式)を用いて数値解析した。大気圧下にある空気の平均分子自由工程はほぼ0.07μm程度であるので、クヌーセン数を用いた議論から、ここで対象とした微粒子は、ブラウン運動を考慮する必要がある程度に小さいことが保証される。解析の対象としたのは、左右の端が吸収壁(微粒子が端に到達すると壁に付着するモデル)とみなせるような一次元拡散問題である。初期条件として、計算領域内にランダムに微粒子を配置した。その後、これら微粒子がランジュバン方程式にしたがいブラウン運動し、次第に拡散してゆく様子を解析した。そして解析結果を理論解と比較検討した結果、両者は定量的に誤差数%以内の精度で一致した。この結果を受け、次に強磁場下において、直径90mm、長さ1mの円筒容器内に導入された微粒子の挙動を実験と計算により求めて両者を比較検討した。円筒容器を30度傾斜させ、磁場として10Tを印加した。印加位置は容器中央とした。ここに、超音波振動子を用いて微粒子にみたてたwater mistを発生させて、これを用いた。解析においても、これと対応させるために微粒子の密度を水に等しくした。解析の結果、water mistは磁気力によりその運動を弱められること、そして、その停滞位置を求めることができた。そして、これらの結果は実験結果ときわめて良く一致することがわかった。
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