| 研究概要 |
粒状体中に空洞領域があると,そこに流れ込む流体の流量や空洞中心流速が増加する.その結果,局所的な応力集中が生じ,空洞の境界は崩壊する.とくに空洞が複数存在する場合には,それらの合併や流動化領域の成長が予想される.これらを検証するために,新たな実験装置を作製して詳細な測定を行い,また理論解析を行った.
1.流れによる空洞崩壊実験:2つの空洞の中心間距離と流れに対する迎え角を系統的に変化させ,両者の相互作用により生じる空洞崩壊の過程を明らかにした.これを多数の空洞の配置に応用すると,自然災害,さらには空洞網に沿った地下汚染物質の特異な対流拡散などの環境問題への予測技術に道が開けるものと思われる.
2.数理モデルの構築:実験で得られた空洞崩壊の知見を取り入れてセルオートマトン・モデルを考案し,粒状体中に散在する複数の空洞系に応用した.これによると,粒状体の堅さや流速の違いに応じて空洞の移動,伸長,合併などが生じ,より大規模な空洞ネットワークを形成していく過程が示された.
3.流れによる粒状体表面変形:剪断流により粒状体表面に形成される砂漣や砂丘の室内実験を行い,その大きさや移動速度の関係を調べた.
4.渦輪の粒状体表面衝突:渦輪が粒状体表面に衝突するときに形成される放射状の特異なパターンについて実験的に検証し,火星のクレーターとの関係を論じた.
5.振動による粒状体の形態形成:粒状体薄層を鉛直加振すると,層には定在波や曲げ波が発生し,場合によっては層状の媒質が崩壊していく.この過程を実験的に調べ,臨界層厚を明らかにするとともに連続体における座屈理論と曲げ波理論で説明した.
これらの研究はミクロな素過程とマクロな流動を結び付け,しかも従来の連続体近似と分子動力学のギャップを埋める新たな研究手法の開発にもつながるものと期待され,その成果の一部は関連学会誌の論文および国内外の学会で公表された.
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