2014 Fiscal Year Research-status Report
マグマの流れが生み出す時空間のリズム：非ニュートン流体がもたらす非線形振動現象
| Project/Area Number |
25400457
|
|---|
| Research Institution | Meisei University |
|---|
Principal Investigator |
熊谷 一郎 明星大学, 理工学部, 准教授 (50597680)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村井 祐一 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80273001)
田坂 裕司 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00419946)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | マグマ / プルーム / ゲル / 脈動 / 可視化 / 流体実験 / 火山 / レオロジー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実施計画に基づき、３次元水槽を用いたプルーム実験を行った。前年度の調査から、実験に適したゲル（透明度が高く、作成が容易）を用い、変形可能なporous media 中のプルームの振る舞いを理解するための実験を行った。実験では、流れを駆動するために、（１）密度の異なる粘性流体の一定流量注入、（２）水槽の底に取り付けた局所熱源による加熱、の2つの方法を行った。前者においては、「マグマだまり」の形成やダイクのようなクラック形成が観られ、より現実的な現象を得ることができた。また、後者の実験では、初期の浸透流からチャネリングの形成、そして流動化による全層対流に至る時間発展の流れ現象が得られた。全層対流においては、流れは非定常であり、自発的な脈動現象が得られた。こうした特徴的な流動現象について、国内外の学会で発表（伝熱シンポジウム，ＡＧＵ２０１４など）するとともに、非ニュートン流体のレオロジーやプルームに関する一流の専門家との議論（スイス・ＥＴＨ、フランス・パリ南大学）を積極的に行い、現象の理解を深めた。また同時に、気泡および固体粒子の割合が多い場合における流体のレオロジー計測に関する実験結果をまとめ、その成果をFlow Measurement and Instrumentationに発表した。さらに、混相流のレオロジー計測手法として、超音波流速分布計（ＵＶＰ）を用いた新しい回転レオメータ（実効粘度計測法）を提案した（Experiments in Fluids）。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２６年度の研究実施計画では、（１）ノズルからの粘性流体の注入と（２）水槽の底に取り付けた局所熱源（ヒーター）による加熱によってプルームを生成する実験が予定されていたが、それらはほぼ実施された。前年までは、粒径の大きなゲル粒子を用いていたが、本年は、これらを破砕した小さなゲル粒子を用いた実験を行った。そのため、マグマだまりやクラックなどのより現実的な現象を得ることができた。これらの興味深い成果は、国際会議などで発表されるとともに、日本機械学会・熱工学部門主催の熱工学プレコンファレンスの講師として招待され、本研究に関する成果を発表し、好評を得た。
一方で、流れの可視化計測については、当初予想した成果が得られず、定量的なデータを得ることができなかった。その大きな理由は、ゲルの破砕によって微粒化した際に、ゲル粒子層に多数の気泡が取り込まれることによって、レーザー光が固液界面で散乱されるため、ゲル粒子層の内部がほとんど何も見えない状態となってしまったからである。そこで、小さな水槽で実験を行う、あるいは、真空ポンプを事前に使用するなどして脱気を試みたが、なかなか上手くいかなかった。また前者の場合、壁の影響が大きくなるために、実験結果の解釈を困難にした。一方で、混相流のレオロジー計測に関する研究では、２本の論文が査読付き国際誌に掲載されるなど、大きな成果があった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度は、前年度の可視化実験を引き続き試みる。特に、可視化の妨げとなる気泡の除去を工夫する。また、3次元水槽を用いた実験の他、同心２重円筒水槽を用いた実験を行う。この実験によって、水平方向が周期境界条件となり、水平方向の壁の影響がない場合におけるプルームの発生波長が得られる。また本年度は、変形可能なporous media を用いた上部冷却・下部加熱のレイリーベナール対流実験を行い、流れの局在化（チャネリング）やジャミング、振動現象について調べる。さらに、本年が最終年度であるため、国際誌への投稿や国際会議での講演を意識し、これまでに得られたプルーム実験の成果を積極的に発表する。一方、レオロジー研究に関しても、スイス・ETHあるいはフランス・パリ南大学の研究者を訪ね、彼らとの議論を通して、研究内容をさらに充実・発展させていく。
|
| Causes of Carryover |
当初予定していた出張が、学内業務などのためキャンセルとなった。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究成果の公表（学会発表および学術論文）のために使用する。
|
