2022 Fiscal Year Annual Research Report
自由表面を有する閉空間内トポロジー対流場と低ストークス粒子コヒーレント構造
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20K20977
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
上野 一郎 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 教授 (40318209)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面張力差駆動対流 / コヒーレント構造 / 低ストークス数粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自由表面を有する閉空間内熱対流場において，流体への高追従性（無次元数St << 1）を有する微小粒子が周方向波数を有する閉じた構造（コヒーレント構造）を形成する現象に注目して研究を行った．特に，系内粒子挙動－コヒーレント構造形成－トポロジカル対流場間の時空間相互作用に関する定量化データをもとに，同一の対流場に異なるコヒーレント構造が共存しうるかどうか，実験的に精緻な探索を実施した．これまで当研究室を中心にして行った地上および微小重力実験（Sakata et al., Phys. Rev. Fluids, 2021）により，周方向波数m = 1を有する熱対流場において，その回転座標系において液柱内を2周して閉じる構造が発見されている．そのようなコヒーレント構造に対して，シート光を用いた異なる高さ方向位置における粒子運動の可視化に成功し，数値解析で予測されていた3次元構造との比較・検証を実現した（Terasaki et al., IJHMT, 2023）．さらに表面張力差を駆動力とする自由液膜系において，特にスパン方向に複数のセル構造を呈する基本対流場を見出し，その発現条件および無次元波数を定量化した（Homma et al., J. Colloid and Interfacial Science, 2023）．なお，長液柱系において，異なるアスペクト比を有する長液柱を対象として実験を行い，回転座標系において液柱内を1周して閉じる構造を発見し，現在英文学術雑誌に論文を投稿中である（Noguchi et al., under review）．
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