2023 Fiscal Year Annual Research Report
粉体系と液体系における重力不安定化現象の普遍性解明
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20K14379
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 和也 日本工業大学, 基幹工学部, 助教 (00849474)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 粉体 / 物理ゲル / 重力不安定性現象 / 非平衡物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，硅砂やガラスビーズといった粉体を空気中や液体中で沈降させた際に見られる重力不安定性現象に着目して，実験研究を中心に不安定化挙動の詳細および液体系との共通性の解明に取り組んだ．液体系においては，このような重力不安定性現象はレイリー・テイラー不安定性として知られており，これまでに様々な性質が明らかになっているが，本研究課題で着目する粉体系においてはあまり理解が進んでいない状況にある．そこで本研究では，ゼラチンのような固体状態と液体状態に，加熱や冷却によって可逆的に転移することができる「物理ゲル」の性質に着目し，液体系および粉体系で見られる不安定化パターンの共通性を実験的に調査することによって，複雑な粉体のダイナミクスを明らかにすることを目的としている．
本年度は，従来の硅砂のような形状がランダムな粒子に加え，球形のガラスビーズなどを使用することによって，粉体粒子の形状における不安定化現象の詳細を調査した．その結果，硅砂を使用していた従来の結果に比べて，球形粒子では流動可能領域幅の変化傾向が異なることを明らかにした（フロントの移動や波長変化の特性は定量的な類似性が見られる）．さらに，複数の粒径における調査も併せて実施し，充填率などを変化させながら，多くの定量的データを得ることに成功した．研究期間全体を通しても，不安定化ダイナミクスを支配するパラメータが上層の流動可能領域幅であることを突き止め，液体系の不安定性現象と粉体系の重力不安定性現象との間に明確なリンクがあることを定量的に見出すことに成功した．
さらに，本研究課題の調査過程において，粉体の噴出に関する興味深い現象を発見した．この現象についてはより詳細な検討が必要であるため，次年度において新たな研究課題として，本研究課題における知見を活かしながら調査を進める計画である．
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