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本研究は、粒子同士の衝突や疑集の効果を考慮し、自然対流場中において微粒子が塊(クラスター)となって成長して行く過程を、計算および実験の両面から検討することを目的としてる。
計算
円筒密閉容器内の底面中央加熱によって誘起される自然対流を想定し、ブシネスク近似が成り立つ非圧縮性粘性流体について、差分法を用いて支配方程式であるナビアストークス方程式を離散化し、数値計算を行うためのプログラムを開発し、いくつかの系について実際に計算を行った。さらに、この流れ場をもとにして微粒子の挙動を計算するためのプログラムの開発も行った。この際、粒子の運動方程式として、ブラウン運動を考慮した運動方程式として知られているランジュバン方程式を用いた。また、このプログラムは粒子同士の衝突や疑集の効果も考慮して計算を行えるようにした。先の自然対流場の数値計算結果に基づいて、実際にいくつかの系について、この中に含まれた微粒子の挙動を計算し、クラスター生成過程の計算結果を得た。目下この結果をもとに発表準備中である。
実験
目下実験装置を製作中である。アクリル製の円筒容器の底面にヒーターを設置し、このヒーターを加熱することで容器内に自然対流を誘起させ微粒子を投入し、まずはクラスター生成のない場合について、微粒子の挙動を調べる予定である。粒子濃度測定用のパーティクルカウンターは、すでに投入予定の微粒子を用いてテストを行った。したがって、微粒子濃度測定システムはすでに準備ができており、先のヒーターを含む円筒容器の完成を待って、この微粒子測定系と組み合わせ測定をすぐに開始できる。また、次の段階としてヒーター部を燃焼装置に変えて実験を行い、ススのクラスター生成過程を詳細に検討し上述の数値計算結果と比較検討する予定である。
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