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多成分凝固系におけるマッシー層内プルーム対流の定量的評価とフレックル形成パターン

研究課題

研究課題/領域番号 11650224
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関山口大学

研究代表者

西村 龍夫  山口大学, 工学部, 教授 (90136135)

研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2001年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2000年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
1999年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード一方向凝固 / 偏析現象 / 結晶成長 / フィンガー対流 / プルーム対流
研究概要

本研究では合金の凝固過程において発生するフレックルと呼ばれる偏析現象を模擬するため塩化アンモニウム水溶液を用いて一方向凝固実験を行った。特に偏析と密接に関係する対流現象をいくつかの可視化法を併用し、詳細に検討した。主要な結論は次のとおりである。
1)フィンガー対流とプルーム対流の関係:フィンガー対流はプルーム対流発生のトリガーとしての役割を演じ、プルーム対流はフィンガー対流と共存する期間で発生と減衰を繰り返す。フィンガー対流が消失するとプルーム対流は長く持続し、マッシー層内にチャンネルが冷却面に向かって成長する。また、共存期間は初期温度が増加するほど長くなることを見いだした。
2)液層部の対流評価:PTVやPIVによる速度計測法を用い、フィンガー対流およびプルーム対流の速度を計測した。特にプルーム対流では上昇流と下降流とが共存する2重構造を有することを見いだした。
3)マッシー層部の対流評価:界面近傍の流体を染料で着色し、マッシー層内への染料線の浸透速度を測定し、00.1mm/sの値を得た。この結果はプルーム速度から流体の連続性を考慮して推算した値に近く、計測の妥当性を確認した。
4)プルーム対流の発生:プルーム対流発生の位置は一意的に定まらず不安定である。これはマッシー層内の構造、すなわち対流が結晶形態と密接に関連しているためである。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (25件)

  • [文献書誌] T.Nishimura: "Traneport Processes During Solidification of Binary System"Recent.Res.Devel.Chem.Eng.. 3. 237-257 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Natural Convection Suppression and Crystal Growth Daring Unidirectional Solidfication of a Binary System"Heat Transfer-Asian Res.. 29. 120-131 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 西村 龍夫: "熱と物質の同時移動における自然対流"ながれ. 19. 306-314 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Interfacial Breakdown of Double-Diffusive Convective Layers by a Horizontal Temperature Gradient"Int.J.Heat Mass Transfer. 42. 1479-1489 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Direct Numerical Simulation of Layer Merging in a Salt-Stratified System"Numerical Heat Transfer Part A. 37. 323-341 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Traveling Plumes Generated within a Double-Diffusive Interface between Counter Shear Flows"Physics of Fluids A. 12. 3078-3081 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nishimura: "Transport Processes During Solidification of Binary System"Recent. Res. Devel. Chem. Eng. Vol.3. 237-257 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nishimura: "Natural Convection Suppression and Crystal Growth During Unidirectional Solidification of a Binary System"Heat Transfer-Asian Res. Vol.29. 120-131 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nishimura: "Natural Convection by Combined Heat and Mass Transfer"Nagare. Vol.19. 306-314 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nishimura: "Interfacial Breakdown of Double-Diffusive Convective Layers by a Horizontal Temperature Gradients"Int. J. Heat Mass Transfer. Vol.42. 1479-1489 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nishimura: "Direct Numerical Simulation of Layer Herging in a Salt-Stratified System"Numerical Heat Transfer, Part A. Vol.37. 323-341 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nishimura: "Traveling Plunes Generated within a Double-Diffusive Interface between Counter Shear Flows"Physics of Fluids A. Vol.12. 3078-3087 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Influence of Lewis Number on Double-Diffusive convection in a Square Cavity Filled with a Binary Gas"Heat Transfer-Asian Res.,. 30. 63-75 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 西村 龍夫: "LIFによる拡散界面近傍に形成される3次元プルームの可視化とその特性"可視化情報学会論文集. 21・6. 94-100 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Characteristics of traveling plumes Generated within a Double-Diffusive between Counter Shear Flows"IHTC 12(国際伝執会議). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Natural convection suppression and crystal growth during unidirectional solidification of a binary system"Heat Transfer Asian Research. 29・2. 120-131 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Oscillatory natural convection by combined heat and mass transfer"Trends in Heat, Mass & Momentum Transfer. 6. 51-62 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 西村龍夫: "熱と物質の同時移動における自然対流"ながれ. 19. 306-314 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Mass transfer through the diffusive interface in a two-layer, salt-stratified system under a horizontal temperature gradient"Chemical Engineering Science. 55. 5301-5309 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Direct numerical simulation of layer merging in a salt-stratified system"Numerical Heat Transfer, Part A. 37. 327-341 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Traveling plumes generated within a double-diffusive interface between counter shear flows"Physics of Fluids. 12・11. 3078-3081 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Velocity measurements of double-diffusive convection during unidirectional binary solidification"Proceedings of PSFVIP-2. PFO43. 1-6 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Transport processes during of binary systems"Recent Res.Devel.Chem.Eng.. 3. 237-257 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "The structure of plumes generated in unidirectional solidification processes"Journal of Visualization. 2・2. 6 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishimura: "Interfacial breakdown of double-diffusive convective layers by a horizontal temperature gradient"Int.J.Heat.Mass Transfer. 42. 1479-1489 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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