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回転液滴振動の内部流動による非線形挙動の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16560168
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 流体工学
研究機関独立行政法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

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・ISS化学プロジェクト室, 研究員 (90360718)

研究分担者 依田 眞一  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙環境利用化学研究系, 教授 (00344276)
石川 毅彦  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙環境利用化学研究系, 助教授 (00371138)
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
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2004年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワード浮遊液滴 / 静電浮遊 / 回転 / 表面張力 / 表面電荷 / 軸対称振動 / 共振周波数 / 非線形振動 / 液滴 / 振動挙動 / 非線形性 / 周波数シフト / 液滴回転
研究概要

静電浮遊装置により浮遊させた1〜3mmの液滴の非線形挙動を実験的観察した。試験流体として水やプロピレンカーボネートの常温透明液体を用いた。それにより以下の結果を得た。
・液滴直径をパラメータとして、測定を行った結果、表面張力値に対する液滴直径の依存性は、確認されなかった。しかしながら、液滴の表面電荷密度に比例して減少した。これは、表面電荷の非均一分布に起因するものと考えられ、補正式においての適用限界があると考えられる。
・振動振幅が大きくなるにつれて、非線形効果、重力の影響が顕著に現れることが示唆された。また、周波数を変化させて振動振幅を測定した結果、非線形振動に見られる特徴が確認された。今後は、液滴表面・内部における流れなどについて詳細に調べ、大変形に伴う非線形効果の原因を追究する必要があると考えられる。
・浮遊液滴に2次の軸対称振動を印加し、共振周波数の振幅依存性について実験した結果、理論式に一致した共振周波数の減少が確認され、本実験における理論式の妥当性が示唆された。
・浮遊液滴に回転を印加し、共振周波数の変化、液滴形状の変化について実験を行い、理論との比較を行った。液滴形状が軸対称から非軸対称形状に転移する回転数の臨界値、共振周波数の増加がほぼ理論と一致することが確認された。また、非軸対称形状での共振周波数の増加についても確認された。
・バネ・マス・ダンパー系の非線形振動方程式による液滴振動を模擬した数値計算を行い、実験結果との比較を行った。その結果、非線形項を含んだ場合、実験結果と定性的に類似した傾向が見られた。このことから、大振幅振動液滴に対して、振幅の大きさに依存する非線形効果が存在することが示唆された。

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

    (11件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (11件)

  • [雑誌論文] 静電浮遊液滴の大振幅振動挙動に関する研究2006

    • 著者名/発表者名
      粟津茂, 松本聡, 阿部豊
    • 雑誌名

      日本機会学会関東学生会第45回学生員卒業研究発表講演会 Vol.1

      ページ: 291-292

    • 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] 静電浮遊液滴の大振幅振動挙動に関する研究2006

    • 著者名/発表者名
      粟津茂, 松本聡, 阿部豊
    • 雑誌名

      日本機会学会関東学生会第45回学生員卒業研究発表講演会(2006) Vol.1

      ページ: 291-292

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Amplitude on Frequency 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 58th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics Vol.50, No.9

      ページ: 130-130

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [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

    • 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] 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

    • 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 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Amplitude on Frequency 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 58th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics Vol.50, No.9

      ページ: 130-130

    • 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 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

    • 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 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.Wakashi
    • 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] 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

    • 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 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 Vol.1

      ページ: 371-372

    • 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] 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, Panl-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アレンス2004講演論文集

      ページ: 371-372

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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