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微小重力環境における液柱マランゴニ対流の不安定性に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 13J02728
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関横浜国立大学

研究代表者

矢野 大志  横浜国立大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード液柱マランゴニ対流 / 不安定性 / 高プラントル数 / 宇宙実験 / 3-D PTV / 渦構造 / Hydrothermal Wave / マランゴニ対流 / 液柱
研究実績の概要

本研究は高プラントル数液柱における温度差駆動マランゴニ対流の不安定性と流動構造について明らかにすることを目的とするものであり,本年度は以下の成果が得られた.
(1)2008年~2013年に行われた宇宙実験(テーマ略称「MEIS」)で得られた実験データについて,3-D PTVを用いた解析を行い,マランゴニ対流が不安定化すると,渦構造がHydrothermal Wave(液柱表面に生じる局所低温領域)とともに液柱軸方向に伝播することを確認した.渦構造の伝播方向は,Pr=67の場合,ARが1.25以下では高温側から低温側,ARが1.50以上では低温側から高温側であることがわかった.また,Pr=207の場合,ARによらず伝播方向が高温側から低温側であることがわかった.ここで,Prは作動流体のプラントル数,ARは液柱のアスペクト比(液柱高さ/ディスク直径)である.
(2)地上実験において,さまざまな液柱形状でマランゴニ対流の振動流遷移条件,振動モードを計測した.液柱形状がマランゴニ対流の不安定性に及ぼす影響を整理するため,(気液界面長さ/液柱ネック径)で定義されるSDRを提案した.SDRは地上実験のみならず,宇宙実験に対しても有効であり,これを用いることで液柱形状がマランゴニ対流の不安定性に与える影響がより詳細に明らかになった.
(3)2014年~2015年に行われた宇宙実験(テーマ略称「Dynamic Surf 2」)において,微小重力環境における多くの重要な実験データが所得された.
液柱マランゴニ対流に関する宇宙実験は,国際宇宙ステーション日本実験棟「きぼう」における初の科学実験として始まった大規模プロジェクトである.本研究は,そのデータ解析の多くを担うものであり,本研究で得られた成果は今後の液柱マランゴニ対流研究を進めるうえで非常に重要であるといえる.

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Instability and associated roll structure of Marangoni convection in high Prandtl number liquid bridge with large aspect ratio2015

    • 著者名/発表者名
      Taishi Yano, Koichi Nishino, Hiroshi Kawamura, Ichiro Ueno, Satoshi Matsumoto
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 27(2) 号: 2 ページ: 241081-2410813

    • DOI

      10.1063/1.4908042

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of liquid bridge shape on the oscillatory thermal Marangoni convection2015

    • 著者名/発表者名
      Taishi Yano, Koichi Nishino
    • 雑誌名

      The European Physical Journal Special Topics

      巻: 224(2) 号: 2 ページ: 289-298

    • DOI

      10.1140/epjst/e2015-02360-8

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Instability of thermocapillary convection in long liquid bridges of high Prandtl number fluids in microgravity2015

    • 著者名/発表者名
      Koichi Nishino, Taishi Yano, Hiroshi Kawamura, Satoshi Matsumoto, Ichiro Ueno, Michal K. Ermakov
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 420 ページ: 57-63

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2015.01.039

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Modeling of the experiments on the Marangoni convection in liquid bridges in weightlessness for a wide range of aspect ratios2015

    • 著者名/発表者名
      Denis. E. Melnikov, Valentina Shevtsova, Taishi Yano, Koichi Nishino
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 87 ページ: 119-127

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.03.016

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 高プラントル数長液柱において表面張力流と逆向きに伝播する渦構造2014

    • 著者名/発表者名
      矢野大志, 西野耕一, 上野一郎, 松本聡
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第28回学術講演会
    • 発表場所
      イーグレひめじ(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effect of liquid bridge shape on the oscillatory thermal Marangoni convection2014

    • 著者名/発表者名
      Taishi Yano, Koichi Nishino
    • 学会等名
      7th Conference of the International Marangoni Association
    • 発表場所
      Vienna University of Technology (Vienna, Austria)
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Mode Structure of Marangoni Convection for Various Liquid Bridge Shapes2013

    • 著者名/発表者名
      矢野 大志
    • 学会等名
      12th Asian Symposium on Visualization (ASV12)
    • 発表場所
      国立成功大学(台湾台南)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Liquid Bridge Shape on the Oscillatory Marangoni Convection under Micro and Normal Gravity2013

    • 著者名/発表者名
      矢野 大志
    • 学会等名
      Joint Meeting of the 29th American Society for Gravitational and Space Research (ASGSR) and 5th International Symposium for Physical Science In Space (ISPS5)
    • 発表場所
      Hilton Orlando Lake Buena Vista(アメリカ合衆国フロリダ州オーランド)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 高AR・高Pr数流体液柱内マランゴニ対流の新たな振動モード2013

    • 著者名/発表者名
      矢野 大志
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第27回学術講演会 (JASMAC-27)
    • 発表場所
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京都江東区)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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