連結された直方体容器の多液面間で生じる局所液面揺動メカニズムの解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04271
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高原 弘樹 東京工業大学, 工学院, 教授 (90226910)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 液面揺動 / 液面揺動の局所化 / 非線形液面揺動

Outline of Annual Research Achievements

昨年度まで液面間の距離を一定である薄い隔壁で仕切られた二液面系における隔壁位置が液面揺動に与える影響や三液面を有する系での局所化の発生，および，液面間の距離が液面揺動の局所化に与える影響に着目して研究を行ってきた．しかしながら，液面間の距離を変化させてときに，液面の大きさも変化しており，純粋に液面間の距離や隔壁下で両液面を接続する開口部の高さ(いか，開口高さ)の影響については未解明であった．今年度は，両液面の大きさを保ちながら．液面間の距離や隔壁の下の開口高さが液面揺動の局所化に与える影響に着目して研究を行った．また，揺動の局所化が発生したときの液体の運動について，二次元粒子画像流速測定法を用いて計測を行った．
まず，二つの液面の面積を一定に保ったまま．液面間の距離と隔壁の下の開口高さを変化させて解析を行い，二液面間の距離が固有振動数と固有モードの与える影響を調査した．解析手法は，本研究で有効性を確認している領域分割を考慮した境界要素法解析を用いた．局所化に関係する二つの振動モードの固有振動数は，液面間距離や隔壁の下の開口高さによらず，両者の差は非常に小さく，それぞれの値もほぼ一定であった．また，二つの固有モードの形状も，隔壁の位置が中央の場合には，液面間距離を大きくしても，二つの液面で同相と逆相で振動するモード形状となり，モード形状に大きな変化は現れなかった．
次に，模型容器を用いて揺動実験を行った．両液面の揺動波形を測定した．隔壁の下の開口高さを変化させ，揺動の局所化の度合いを調べた．
さらに，今回の結果では，二液面間の距離が大きくなると揺動の局所化が生じにくくなった．二次元粒子画像流速測定法を用いて，揺動の局所化が発生した場合の液体の運動の測定を行った．