2016 Fiscal Year Annual Research Report
Cross-talk between phase separation and global convection of granular materials
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26800201
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
稲垣 紫緒 九州大学, 理学研究院, 准教授 (20452261)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非平衡・非線形物理学 / 非平衡散逸系 / 粉粒体物理学 / 相分離現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水平に置いた円筒容器に大きさや形の異なる2種類の粒子を封入して回転させると、粒子が縞状のバンドを形成して分離する現象がよく知られている。この分離現象の時空間ダイナミクスについて、実験と理論の両面から研究を行った。本年度我々は、動的安息角の回転速度依存性について測定を行った。従来はサイズ分離を起こす条件として、小さい粒子が大きい粒子より十分大きい動的安息角を持つように粒子を選ぶのが最も重要であると考えられていた。しかし、動的安息角は回転速度にも依存し、これまで動的安息角と回転速度に関する系統的な実験はほとんど行われていない。動的安息角の回転速度依存性とバンドが形成されるかどうかを系統的に検証結果、ガーネットサンド(直径0.3mm)と珪砂(直径0.15mm)の場合に、回転速度によらず動的安息角にほとんど差がないにもかかわらず、明瞭なバンドがでることが分かった。一方、ポピーシードとバジルシードを混合した場合、動的安息角に十分差があっても、明瞭なバンドを形成しない、という従来のバンド形成条件とは異なる結果を得た。バンド形成のための条件が動的安息角の差だけでは決まらないことから、どういった物理量でバンドの形成条件が決まるのか、さらに研究を進める。また、これまで回転速度が小さい領域はあまり調べられてきていなかったが、今年度の我々の研究で、充填率が低く、なおかつ回転速度の小さい領域で、細いバンドが持続的に空間的に対称に形成される、という新しい時空間構造が現れるのを見出した。充填率が50％より低い場合、これまでの研究ではバンドが結合してドメインが成長する時空間構造しか観察されていなかった。回転速度を下げて、円筒容器内の流動層の雪崩を可能な限り抑えることで、新たな時空間パターンを実現することに成功した。この新たな分離ダイナミクスについても今後実験を進める予定である。
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Research Products
(12 results)
