2013 Fiscal Year Research-status Report
3次元レーザースペックル法と移動境界解析法との併用による瞬間発熱反応場の可視化
| Project/Area Number |
25420161
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Yamaguchi University |
|---|
Principal Investigator |
西村 龍夫 山口大学, 理工学研究科, 教授 (90136135)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國次 公司 山口大学, 理工学研究科, 助手 (10253171)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | レーリーテーラー不安定 / 発熱中和反応 / アトウッド数 / ソルトフィンガー |
|---|
| Research Abstract |
HCL（上層3.0 mol/L ）－NaOH（下層6.0 mol/L）の場合，反応開始後，反応面が上部に進行しているのが確認された．その後，時間の経過とともに反応面はさらに上昇し続け，t = 300 min では， スライド面からの距離が約2.2 mmまで進行した．これは，NaOH水溶液の拡散速度がHCL水溶液の拡散速度よりも大きいために起こった現象である．また，化学反応によって密度変化が生じても，安定な密度成層が形成されることにより，反応面は常に水平方向に一様に形成される．よってこの条件は拡散支配であるといえる．次に，HCL（上層3.0 mol/L ）－NaOH（下層1.5 mol/L）の場合，反応開始直後に，反応面がスライド面より下部で波打っている様子が確認された．t = 5 minではこの波がスライド面より約6.7 mm下部に進行した．これは化学反応により反応ゾーンの温度が上昇し，反応ゾーンの密度が初期の上層密度より低下したことで，反応面が不安定な状態となり，自然対流が発生したためである．よってこのパターンは自然対流支配であると言える．
HCL － NaOH系においては反応速度が大きくなるにつれて，より密度差が大きい領域まで自然対流支配となる傾向がみられた．また，この場合，拡散支配，及び自然対流支配(反応面下降) の2パターンのみとなった．一方， CH3COOH － NaOH系でもHCL－NaOH系と同様に，反応速度が大きくなるにつれて，より密度差が大きい領域まで自然対流支配となる傾向がみられた．自然対流支配条件は2種類存在し，一つは，反応面が下降していく条件，もう一つは，ゆっくりと反応面が進行し，ソルトフィンガーによって上昇する条件である．いずれの発生限界も，無次元反応速度によらず，密度差のみによって決定されるといえる．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では，レーザースペックル法による屈折率測定を行う予定であった．しかし，肝心の化学反応中に生じるレーリーテーラー不安定性について，国内外をとわず文献調査した結果，不安定性が生じる明確な条件が分かっていないことが判明した．そこで，本年度は，反応の初期条件を変化させ，不安定性が生じる条件がどのように区分されるかという膨大な数の実験を行った．その結果，反応速度と初期密度差を用いることで，化学反応中のレーリーテーラー不安定性が生じる条件が明らかとなった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
上記のように，レーリーテーラー不安定性が生じる条件については，平成25年度である程度明らかになったので，レーザースペックル法を用いて，屈折率測定を行っていく予定である．また，同時に，移動境界座標系を用いた反応面進行を伴う熱物質移動解析を行う予定である．
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の計画では，レーザースペックル法による屈折率測定や数値解析を行う予定であった．しかし，肝心の化学反応中に生じるレーリーテーラー不安定性について，国内外をとわず文献調査した結果，不安定性が生じる明確な条件が分かっていないことが判明した．そこで，本年度は，反応の初期条件を変化させ，不安定性が生じる条件がどのように区分されるかという膨大な数の可視化実験を行った．このことから，レーザースペックル法に必要な物品や数値解析に必要な物品を購入しなかったため．
上記のように，レーリーテーラー不安定性が生じる条件については，平成25年度である程度明らかになったので，レーザースペックル法を用いて，屈折率測定を行っていく予定である．また，同時に，移動境界座標系を用いた反応面進行を伴う熱物質移動解析を行う予定である．そのための物品購入に使用する予定である．
|
