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粘性の温度依存性が大きい流体における対流ダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 17J03066
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 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関首都大学東京

研究代表者

小林 和也  首都大学東京, 理工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード熱対流現象 / レイリー・ベナール対流 / レイリー・テイラー不安定性 / 流体力学的不安定性 / 非平衡物理学
研究実績の概要

(粘性差を伴った2成分混合系における熱対流現象)
前年度は混合する2成分間の運動性の違いに着目し、粘性が異なるシリコンオイル混合系や水・グリセロール系をを用いて対流現象を調べた。その結果、ある粘性差以上になると過渡的停滞領域(TSD)が形成され、そこにLudwig-Soret効果は関係ないことを突き止めた。本年度はさらにTSD形成の起源を明らかにするため、混合する2成分間の粘性の濃度依存性について詳細に調べた。その結果、同じ2成分混合系であっても粘性の濃度依存性の強さによってTSD形成は起こらないことを突き止めた。
(物理ゲルを用いた流体力学的不安定性の実験手法開発)
レイリーテイラー不安定性に代表される流体力学的不安定性現象は界面不安定性の典型例であるが、実験的にどのようにして安定した初期界面を作り出すかは不安定化後の流れに与える影響を考える上でとても重要であるが、これまでの研究の多くは流体間に仕切り板を取り付け、それを引き抜く方法、容器を回転させる方法などがとられてきた。しかしながら、これらの手法では人為的な初期撹乱がその後の不安定化による流れの成長を支配することが知られていた。そこ物理ゲルを用いることによって、これまでの手法ではやむを得ないとされてきた人為的な初期撹乱を伴わない混和性液体における不安定化現象の初期過程を調べることが可能な新たな実験手法を開発した。そして典型的な流体力学的不安定性であるRayleigh-Taylor不安定性やlock exchange実験に本手法を適用し、初期からの不安定化を調べることができることを示した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Unstable yet static initial state: A universal method for studying Rayleigh-Taylor instability and lock exchange2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Kazuya U.、Kurita Rei
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 4 号: 1 ページ: 013901-013901

    • DOI

      10.1103/physrevfluids.4.013901

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粘性差が大きい2成分混合系の対流2018

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 73 ページ: 782-787

    • NAID

      130007652844

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ubiquitous transient stagnant domain formation during thermal convection in a well-mixed two component fluid with large viscosity difference2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Kazuya U and Kurita Rei
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 12983-12983

    • DOI

      10.1038/s41598-017-13409-w

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 液体系・粉体系における重力不安定性の共通性2019

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Transient stagnant formation in a thermal convection2018

    • 著者名/発表者名
      Rei Kurita and Kazuya U. Kobayashi
    • 学会等名
      Soft matter physics: from the perspective of the essential heterogeneity
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Unusual thermal convection in a well-mixed two component fluid with large viscosity difference2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya U. Kobayashi and Rei Kurita
    • 学会等名
      Designer Soft Matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Close relation for the gravitational instability between a physical gel and granular material2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya U. Kobayashi and Rei Kurita,
    • 学会等名
      Soft matter physics: from the perspective of the essential heterogeneity
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal convection dynamics in a well-mixed two component fluid with concentration dependent viscosity2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya U. Kobayashi and Rei Kurita,
    • 学会等名
      International Conference on Advances in Physics of Emergent orders in Fluctuations
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental observation of an initial instability in complex fluids2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya U. Kobayashi and Rei Kurita
    • 学会等名
      The 1st international Symposium on Water on Materials Surface 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複雑流体における初期不安定性の直接観察2018

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 液体系・粉体系におけるレイリーテイラー不安定性の共通性2018

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      第8回 ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Lock exchangeの無撹乱実験2018

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 複雑流体における重力不安定性の初期過程観察2018

    • 著者名/発表者名
      小林 和也, 栗田 玲
    • 学会等名
      第17回 関東ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 粘弾性体におけるレイリーテイラー不安定性2018

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Thermal convection in a well-mixed two component fluid with large viscosity difference2017

    • 著者名/発表者名
      K. U. Kobayashi and R. Kurita
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ゼラチン対流における初期過程観察2017

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 大きな粘性差を伴った混和性2成分流体の対流ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      第16回 関東ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 混合溶液系における異常対流2017

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会2017年 第72回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 大きな粘性差を伴った2成分混合系における熱対流2017

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      第7回 ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 大きな粘性差を伴った混和性二成分流体の熱対流2017

    • 著者名/発表者名
      小林和也, 栗田玲
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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