| 研究課題/領域番号 |
17K14611
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 東京都立産業技術高等専門学校 |
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研究代表者 |
工藤 正樹 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (60634524)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 単結晶高品位化 / 非定常表面張力差対流 / 物理モデリング / 対流場，温度場 / 数値シミュレーション / 粒子画像流速計 / 非定常マランゴニ対流 / 制御用物理モデル / ３次元数値シミュレーション / 粒子画像流速計測法 / 次元縮約モデル / マランゴニ対流 / 非定常流 / 乱流 / 時空間構造 / カオス / 熱流体力学 / 制御 / モデリング |
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| 研究成果の概要 |
フルゾーン液柱に対して効果的な制御手法を確立することを目標として，対流場と温度場を詳細に調査し，制御用の物理モデルの構築を行った．対流場と温度場の時空間構造を調査し，液柱上下で異なる振動モードを有することや周波数特性を明らかにした．物理モデル構築において、広範囲かつ詳細な温度および流速場の情報が必要であることがわかったため，数値シミュレーション（CFD）および粒子画像流速計（PIV）を導入した．始めにFZ液柱の簡易モデルである薄液膜に対してこれらを適用し，FZ液柱に導入するノウハウを得た．これらの知見を得て実用に耐えうる物理モデル（次元縮約モデルおよびデータ同化）を構築するための道筋ができた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
非定常な温度差マランゴニ対流に対して効果的な制御手法を確立するために対流場と温度場を詳細に調査し，制御用の物理モデルの構築の道筋をつけることができた．以上の成果は，FZ法の技術レベル向上に大きく貢献する．これにより半導体，レーザ，LED，二次電池材となる単結晶の高品位化，低コスト化が実現されることで，先端産業の発展に大きく貢献する．また，マランゴニ対流のメカニズム解明は界面における熱流体力学の学術的発展に大きく寄与する．界面における熱流体力学は省エネ，環境問題の解決に不可欠な分野であり，世界中で精力的に研究されている．以上の点から，本研究の社会的波及効果は極めて大きい．
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