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大粒径浮遊液滴の界面大変形と内部流動挙動に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16360097
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関筑波大学

研究代表者

阿部 豊  筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 教授 (10241720)

研究分担者 松本 聡  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 研究員 (90360718)
西成 活裕  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (40272083)
渡辺 正  独立行政法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (50391355)
研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
13,100千円 (直接経費: 13,100千円)
2005年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円)
2004年度: 8,900千円 (直接経費: 8,900千円)
キーワード浮遊液滴 / 共振 / 境界渦法 / 回転 / 変形 / 超音波浮遊 / 静電浮遊 / 固有振動 / 微分幾何 / ガウス=コダッチ方程式 / 回転変形 / 超音場 / ソリトン理論 / 微分幾何学 / 液滴振動
研究概要

2004年度と2005年度において静電浮遊ならびに超音波浮遊技術を用いた液滴浮遊実験を行うとともに、液滴の非線形挙動について、回転が加わった際の固有振動数変化について理論的解析ならびに三次元非定常流体場の数値シミュレーションを行った。
(1)静電浮遊実験の結果、浮遊液滴の回転が液滴界面の変形挙動に与える影響を明らかにするとともに、変形の挙動が非線形となるしきい条件を明らかにした。
(2)超音波浮遊実験においては、大粒径透明液滴の浮遊実験を地上の通常重力環境と航空機を用いた微小重力環境の両環境で行い、重力場が浮遊液滴の形状や内部流動に及ぼす影響を明らかにした。PIV法を用いて大粒径浮遊液滴の内部流動測定を行い、界面変形と内部流動を定量評価することによって流れ場の挙動についての評価を行った。
(3)回転による扁平形状への変形効果について摂動論を用いて振動数補正を得ることができた。その結果、モードや軸対称性のずれの程度により、振動数補正は正にも負にもなりうることが分かった。回転数をあげていくと軸対称扁平形状が不安定化することも理論と数値計算により示した。以上の非線形解析の基礎理論として、曲面の大変形運動の取り扱いについて検討し、ガウス=コダッチの方程式を用いて曲面上の座標系を用いた記述方法を考案し、幾何的非線形の取り扱いの枠組みを完成した。
(4)ナビエストークス方程式と界面の運動を表す方程式を連立させレベルセット法により解く三次元コードを開発し、液滴の形状振動に及ぼす変形振幅及び回転による影響を調べ、振幅が増加すると振動数は減少し、回転数が増加すると振動数も増加することを明らかにした。
(5)以上の結果より、浮遊液滴の界面変形が重力の影響を受けることを明らかにした。また、微小重力実験が大型浮遊液滴における非線形挙動を調べる上で有効であることを示した。

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (37件)

  • [雑誌論文] Report of the research working group on nonlinear dynamics of levitated droplet (in Japanese)2006

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shigeru Awazu, Satoshi Matsumoto, Kazuhiro Nishinari, Yusaku Enoki, Tadashi Watanabe
    • 雑誌名

      Space Utilization Research Vol.22

      ページ: 59-62

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Report of the research working group on nonlinear dynamics of levitated droplet,2006

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shigeru Awazu, Satoshi Matsumoto, Kazuhiro Nishinari, Yusaku Enoki, Tadashi Watanabe
    • 雑誌名

      Space Utilization Research (in Japanese) Vol.22

      ページ: 59-62

    • NAID

      120006830783

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on surface deformation and internal flow of large levitated droplet (in Japanese)2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Shogo Yamada, Daisuke Hyuga, Masahiro Kawaji
    • 雑誌名

      Space Utilization Research Vol.21

      ページ: 113-116

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the ultrasonic levitation of large droplet under reduced gravity condition (in Japanese)2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of JSMF Annual Meeting

      ページ: 197-198

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Numerical simulation of ultrasonic wave field of acoustic levitation2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of the Interdisciplinary Transport Phenomena in Microgravity and Space Sciences Conference IV

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on Internal Flow and Surface Deformation of Large Levitated by Ultrasonic Wave (in Japanese)2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18^<th> Computational Mechanics Conference

      ページ: 405-406

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Calculation for forces on levitated droplet in fluctuation field by Ultrasonic Wave (in Japanese)2005

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Aoki, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18^<th> Computational Mechanics Conference

      ページ: 407-408

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on surface deformation and internal flow of large levitated droplet,2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Shogo Yamada, Daisuke Hyuga, Masahiro Kawaji
    • 雑誌名

      Space Utilization Research (in Japanese) Vol.21

      ページ: 113-116

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the ultrasonic levitation of large droplet under reduced gravity condition,2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of JSMF Annual Meeting (in Japanese)

      ページ: 197-198

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Numerical simulation of ultrasonic wave field of acoustic levitation,2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of the Interdisciplinary Transport Phenomena in Microgravity and Space Sciences Conference IV

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on Internal Flow and Surface Deformation of Large Levitated by Ultrasonic Wave,2005

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Abe, Daisuke Hyuga, Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18^<th> Computational Mechanics Conference (in Japanese)

      ページ: 405-406

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Calculation for forces on levitated droplet in fluctuation field by Ultrasonic Wave,2005

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Aoki, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18^<th> Computational Mechanics Conference (in Japanese)

      ページ: 407-408

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Amplitude on Frequecny in Oscillating Liquid Drop2005

    • 著者名/発表者名
      S.Matsumoto, S.Awazu, T.Ishikawa, S.Yoda, T.Watanabe, Y.Abe
    • 雑誌名

      Bulletin of the American Physical Society, Program of 58^<th> Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics Vol.50,No.9

      ページ: 130-130

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Intra-cellular transport of single-headed molecular motors KIF1A2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nishinari, Y.Okada, A.Schadschneider, D.Chowdhury
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 95

      ページ: 118101-118101

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A stochastic optimal velocity model and its long-lived metastability2005

    • 著者名/発表者名
      M.Kanai, K.Nishinari, T.Tokihiro
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E 72

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Study on Internal Flow and Surface Deformation of Large Droplet Levitated by Ultrasonic Wave2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Abe, D.Hyuga, S.Yamada, K.Aoki
    • 雑誌名

      The New York Academy of Sciences

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Study on Non-Linear Behavior of Liquid Drop Oscillation2005

    • 著者名/発表者名
      H.Onodera, S.Matsumoto, T.Ishikawa, P.-F.Paradis, S.Yoda, K.Wakashima
    • 雑誌名

      AIAA 2005-0723

      ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 浮遊液滴の振動挙動に関する研究2005

    • 著者名/発表者名
      松本聡, 小野寺博樹, 石川毅彦, 依田眞一, 若島健司
    • 雑誌名

      宇宙利用シンポジウム講演論文集 Vol.21

      ページ: 121-123

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Study on characteristics of droplet levitation by ultrasonic wave2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Aoki, Shogo Yamada, Masahiro Kawaji, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of 5^<th> International Conference on Multiphase Flow

      ページ: 120-120

    • NAID

      10012447551

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on levitated droplet surface behavior by ultrasonic wave2004

    • 著者名/発表者名
      Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki, Masahiro Kawaji, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of 5^<th> International Conference on Multiphase Flow

      ページ: 121-121

    • NAID

      10012447554

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on holding force to a droplet levitation by an acoustic standing wave (in Japanese)2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Aoki, Shogo Yamada, Masahiro Kawaji, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of JSMF Annual Meeting

      ページ: 193-196

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on levitated droplet surface behavior by ultrasonic wave (in Japanese)2004

    • 著者名/発表者名
      Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki, Yutaka Abe, Masahiro Kawaji, Katsuhiro Nishinari
    • 雑誌名

      Proceedings of JSMF Annual Meeting

      ページ: 197-198

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on characteristics of droplet levitation by ultrasonic wave,2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Aoki, Shogo Yamada, Masahiro Kawaji, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of 5^<th> International Conference on Multiphase Flow

      ページ: 120-120

    • NAID

      10012447551

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on levitated droplet surface behavior by ultrasonic wave,2004

    • 著者名/発表者名
      Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki, Masahiro Kawaji, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of 5^<th> International Conference on Multiphase Flow

      ページ: 121-121

    • NAID

      10012447554

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on holding force to a droplet levitation by an acoustic standing wave,2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Aoki, Shogo Yamada, Masahiro Kawaji, Yutaka Abe
    • 雑誌名

      Proceedings of JSMF Annual Meeting (in Japanese)

      ページ: 193-196

    • NAID

      110005051746

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on levitated droplet surface behavior by ultrasonic wave,2004

    • 著者名/発表者名
      Shogo Yamada, Kazuyoshi Aoki, Yutaka Abe, Masahiro Kawaji, Katsuhiro Nishinari
    • 雑誌名

      Proceedings of JSMF Annual Meeting (in Japanese)

      ページ: 197-198

    • NAID

      10012447554

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 超音波を用いた浮遊液滴制御に関する研究2004

    • 著者名/発表者名
      阿部豊, 青木一義
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B) 70(692)

      ページ: 242-247

    • NAID

      110004999411

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Study on Characteristic of Droplet Levitation by Ultrasonic Wave2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi AOKI, Shogo YAMADA, Masahiro KAWAJI, Yutaka ABE
    • 雑誌名

      5th International Conference on Multiphase Flow(ICMF-2004) 256

      ページ: 1-13

    • NAID

      10012447551

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Study on Levitated droplet durface behavior by ultrasonic wave2004

    • 著者名/発表者名
      Shogo YAMADA, Kazuyoshi AOKI, Masahiro KAWAJI, Katsuhiro NISHINARI, Yutaka ABE
    • 雑誌名

      5th International Conference on Multiphase Flow(ICMF-2004) 427

      ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 超音波による浮遊液滴の界面変形挙動に関する研究2004

    • 著者名/発表者名
      山田章吾, 青木一義, 阿部豊, 川路正裕, 西成活裕
    • 雑誌名

      日本機械学会関東支部第10期総会講演会講演論文集 11103

      ページ: 605-606

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 超音波による浮遊液滴の界面変形挙動に関する研究2004

    • 著者名/発表者名
      山田章吾, 青木一義, 阿部豊, 川路正裕, 西成活裕
    • 雑誌名

      日本混相流学会年会講演会2004講演論文集

      ページ: 197-198

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 液滴振動法による表面張力測定における振幅の影響2004

    • 著者名/発表者名
      小野寺博樹, 松本聡, 小宮敦樹, 石川毅彦, Paul-Francois Paradis, 依田眞一, 若島健司
    • 雑誌名

      第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Vol.1

      ページ: 73-74

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 液滴振動法による物性計測に及ぼす液滴挙動の影響2004

    • 著者名/発表者名
      小野寺博樹, 松本聡, 石川毅彦, Paul-Francois Paradis, 依田眞一, 若島健司
    • 雑誌名

      日本機械学会熱工学コンファレンス2004講演論文集

      ページ: 371-372

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Euler-Lagrange correspondence of generalized Burgers cellular automaton2004

    • 著者名/発表者名
      J.Matsukidaira, K.Nishinari
    • 雑誌名

      Int.J.Mod.Phys.C 15

      ページ: 507-507

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A stochastic cellular automaton model for traffic flow with multiple metastable states2004

    • 著者名/発表者名
      K.Nishinari, M.Fukui, A.Schadschneider
    • 雑誌名

      J.Phys.A : Math.Gen 37

      ページ: 3101-3101

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Extended floor field CA model for evacuation dynamics2004

    • 著者名/発表者名
      K.Nishinari, A.Kirchner, A.Namazi, A.Schadschneider
    • 雑誌名

      IEICE Trans.Inf. & Syst. E87-D

      ページ: 726-726

    • NAID

      110003213934

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Collective traffic-like movement of ants on a trail : dynamical phases and phase transitions2004

    • 著者名/発表者名
      A.Kunwar, A.John, K.Nishinari, A.Schadschneider, D.Chowdhury
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn. 73

      ページ: 2979-2979

    • NAID

      110001979245

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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