宇宙ステーション実験棟「きぼう」におけるマランゴニ対流実験の継続実施と結果の解析

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360101
• Research Institution: Tokyo University of Science, Suwa
• Principal Investigator: 河村 洋 諏訪東京理科大学, 工学・マネジメント研究科, 教授 (80204783)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西野 耕一 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (90192690) ; 上野 一郎 東京理科大学, 理工学部, 准教授 (40318209) ; 藤村 薫 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (70294337)
• Keywords: 対流 / マランゴニ対流 / 宇宙利用

Research Abstract

本研究者らは,国際宇宙ステーションの日本の実験棟「きぼう」において,引き続き実験を実施し,並行して,地上実験や線形安定性解析を進めた.
1.「きぼう」実験の継続実施:平成23年度には,液柱直径が30mm、粘性はより高い試料(20cSt,プラントル数=約200)を用いた.様々なアスペクト比(液柱高さと直径び)比)の実験を行い,軸対象定常流から非対称非定常流への遷移条件(臨界マランゴニ数)に関して液柱長さやプラントル数の影響に関する幅広いデーターを取得した.また,大液柱径で初めて,粒子集合現象(PAS:Particle Accumulation Structure)の観察に成功した.
2.レーザーフォトクロミック法による表面流速測定
表面流速をフォトクロミック法を用いて測定し、時間スケールの大きな長液柱に対して、本可視化手法が振動流遷移を判断するための鋭敏な手法であることが分かった.ディスク直径Dで無次元化した表面流速分布によって、異なる液柱長のデータおよび地上実験結果が良く整理できることを示した.
3.短い液柱の実験と解析:アスペクト比の小さい(短い)液柱に関して,地上実験を行い,周方向に倍数のモード数が同時に現れる粒子集合現象を見出し,粒子の軌跡を3次元的に計測した。線形並びに弱非線形安定性解析を行い,プラントル数が7の場合は定在波,また,25では回転波が安定な超臨界分岐解として予想されることを示した.
4.半球液滴の形成と液柱再形成:宇宙実験では,初めて意図的に液柱を分離させて半球液滴を形成し,その後再接続させることが可能となった.さらに,その際の液柱分離や再結合の条件を求めた.
いくつかの国際会議,国内の会議において分担して研究成果の広報を行った

Research Products

• [Journal Article] Report on Microgravity Experiments of Marangoni Convection Aboard International Space Station (2012)
  • Author(s): Kawamura, H., Nishino, K., Matsumoto, S. & Ueno, I.
  • Journal Title: ASME J. Heat Transfer 134 Volume: 031005 Pages: 13
  • DOI: DOI:10.1115/1.4005145
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] わが国における微小重力伝熱研究の50年 (2012)
  • Author(s): 河村洋
  • Journal Title: 伝熱(日本伝熱学会誌) Volume: 51-215 Pages: 31-44
• [Journal Article] 3-D PTV Measurement of Marangoni Convection in Liquid Bridge in Space Experiment (2011)
  • Author(s): Yano, T., Nishino, K., Kawamura, H., Ueno, I., Matsumoto, S., Ohnishi, M.
  • Journal Title: Exp. Fluids
  • DOI: DOI:10.1007/s00348-011-1136-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3-D flow structure of oscillatory thermocapillary convection in liquid bridge in MEIS, Journal of The Japan Society of Microgravity Application (2011)
  • Author(s): Yano, T., Nishino, K., Kawamura, H., Ohnishi, M., Ueno, I.
  • Journal Title: Journal of The Japan Society of Microgravity Application Volume: 28 Pages: 126-131
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flow transition in a free rectangular liquid film under a temperature gradient (2011)
  • Author(s): Ueno, I., Watanabe, T.
  • Journal Title: Int.J.Transport Phenomena Volume: 12 Pages: 301-306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Space experiment on the instability of Marangoni convection in large liquid bridge-MEIS-4 : effect of Prandtl number-
  • Author(s): T. Yano, K. Nishino, H. Kawamura, I. Ueno, S. Matsumoto, M. Ohnishi
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Volume: 327 Pages: 1-7
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/327/1/012029
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Non-linear thermocapillary convection in half-zone liquid bridge-on-orbit experiments on Kibo aboard the ISS (2011)
  • Author(s): Ueno, I., Nishino, K., Kawamura, H., Ohnishi, M.
  • Organizer: 6th Int.Conf.Two-Phase Systems for Ground & Space Applications
  • Place of Presentation: Salerno, Italy Salerno, Italy(招待講演)
  • Year and Date: 20110925-20110928
• [Presentation] On flow Patterns in a thin free liquid film exposed to a temperature difference (2011)
  • Author(s): Dekio, Y., Ueno, I., Hong, C.
  • Organizer: 3rd Asian Symp.Computational Heat Transfer & Fluid Flow 2011 (ASCHT2011)
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 20110922-20110926
• [Presentation] Outcomes and Perspective of JAXA Marangoni Research Project Onboard Kibo (2011)
  • Author(s): Matsumoto, S., Yoda, S., Kawamura, H., Nishino, K., Ueno, I.
  • Organizer: 4th Int.Symp Physical Sciences in Space (ISPS4)
  • Place of Presentation: Bonn-Bad Godesberg, Germany(招待講演)
  • Year and Date: 20110711-20110715
• [Presentation] Space experiment on the instability of Marangoni convection in large liquid bridge-MEIS-4 : Effect of Prandtl Number- (2011)
  • Author(s): Yano, T., Nishino, K., Kawamura, H., Ueno, I., Matsumoto, S.
  • Organizer: 4th Int.Symp Physical Sciences in Space (ISPS4)
  • Place of Presentation: Bonn-Bad Godesberg, Germany
  • Year and Date: 20110711-20110715
• [Presentation] Hydrothermal wave instability in free liquid film (2011)
  • Author(s): Ueno, I., Watanabe, T., Dekio, Y.
  • Organizer: 4th Int.Symp Physical Sciences in Space (ISPS4)
  • Place of Presentation: Bonn-Bad Godesberg, Germany
  • Year and Date: 20110711-20110715
• [Presentation] Space experiment on the instability of thermocapillary convection in large liquicd bridge-effect of Prandtl number- (2011)
  • Author(s): Yano, T., Nishino, K., Kawamura, H., Ueno, I., Matsumoto, S., Ohnishi, M
  • Organizer: 28th Int.Symp.Space Technology & Science (ISTS28)
  • Place of Presentation: Ginowan, Okinawa
  • Year and Date: 20110605-20110612
• [Presentation] On thermocapillary-driven convection in free liquid film (2011)
  • Author(s): Ueno, I., Watanabe, T.
  • Organizer: 28th Int.Symp.Space Technology & Science (ISTS28)
  • Place of Presentation: Ginowan, Okinawa
  • Year and Date: 20110605-20110612
• [Presentation] Formation of particle accumulation structure (PAS) in half-zone liquid bridge under an effect of thermo-fluid flow of ambient gas (2011)
  • Author(s): Niigaki, Y., Ueno, I.
  • Organizer: 28th Int.Symp.Space Technology & Science (ISTS28)
  • Place of Presentation: Ginowan, Okinawa
  • Year and Date: 20110605-20110612
• [Presentation] Numerical simulation on thermocapillary-driven flow in low-aspect-ratio liquid bridge (2011)
  • Author(s): Kawamoto, N., Ueno, I.
  • Organizer: 28th Int.Symp.Space Technology & Science (ISTS28)
  • Place of Presentation: Ginowan, Okinawa
  • Year and Date: 20110605-20110612
• [Remarks]
  • URL: http://murasun.me.noda.tus.ac.jp/