| 研究課題/領域番号 |
21K03851
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 岡山理科大学 (2023)
名古屋大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
岩野 耕治 岡山理科大学, 工学部, 准教授 (20750285)
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| 研究分担者 |
酒井 康彦 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20162274)
伊藤 靖仁 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40346078)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 乱流物質混合 / 高シュミット数 / LIF濃度計測 / 微小スケール普遍性 / 乱流モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分子拡散が起こりづらい（=高シュミット数）物質が乱流中で混合されるとき，微小スケールに普遍的な濃度揺らぎの構造（粘性対流小領域）が存在することが理論的に予想されている．長年，この予想の検証が試みられてきたが，計測装置の空間分解能不足や，スパコンの計算性能不足のため，未だに普遍性の実証には至っていない．本研究では，極めて高い空間分解能を持つ濃度計測装置を用いて，様々な乱流混合場で高シュミット数物質の濃度変動を計測することで，粘性対流小領域の存在，及びその普遍性を検証する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，極めて高い空間分解能と時間分解能で液相中の蛍光染料の濃度変動を測定可能な光ファイバ型濃度計測プローブを用いて，乱流噴流場および格子乱流場における高シュミット数（約3500）物質の濃度変動の微小スケール特性を調査した．その結果，いずれの流れ場においても，初期レイノルズ数が小さいと粘性対流領域における濃度揺らぎスペクトルの勾配が乱流統計理論で予測される値である-1から大きくずれることが明らかになった．一方，粘性拡散領域のスペクトル形状はレイノルズ数や流れ場にかかわらず，全ての実験においてほぼ一致し，普遍性が確認された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
乱流中で高シュミット数物質が混合されると，微小スケールには流れ場によらない普遍的な濃度揺らぎの構造が存在すると乱流統計理論により予測されている．しかし，その予測の正しさはまだ十分に確認されていない．本研究では，世界で初めて微小スケールの濃度揺らぎを実験的に測定し，乱流の状態が物質濃度場の混合状態にどのように影響を与えるかを明らかにした．この成果は，乱流統計理論の改良や，現実の化学反応装置の設計などに用いられるCFDモデルの精度向上に大きく寄与するものである．
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