| 研究概要 |
今年度は,水平におかれた平面水槽内の対流セル流れに関する実験的研究を行った。
水槽は,長さ48.0cm,幅13.0cm,高さ1,00cmのプラスチック製のものを用いた。水槽の片側の下に,互い違いの上面極性をもった角型永久磁石を13個一列に並べた。水槽両端に電極をおいた。作業流体は3%の炭酸水素ナトリウム水溶液(電解液)を用いた。電極間にd,c,電流を印加すると,電流と静磁場との相互作用によるローレンツ力のために電解液が駆動された。磁極が交互におかれているので,流れの方向は側壁に向かう方向と,側壁から出る方向の交互の方向をとり,その結果,となり合うものどうし違った回転方向をもつ一定の大きさをもった渦のセルが側壁にそって並んだ。
ローレンツ力がある臨界値(G=200)をこえると,大小の渦の対からなる特異な構造のセルが安定して形成されることが分かった。また,形成される渦の個数は,常に磁石の数より一つ少ないことも分かった。さらにGが大きくなると,流れは乱流化することが分かった。
Gが臨界値をこえたとき,磁石の数とその極性,電流の方向などによってセル流れは規則的になったり不規則になったりする。全体の流れ模様の決定には,特に両側壁から磁石一個分内側に入った所での流れの向きが大きな役割をもつことが判明した。
Gが臨界値以下のときの流れについては数値計算を行って,実験で得られた流れ模様と一致するものが得られることを確かめた。また,セル流れの速度変動のパワースペクトルを計測し,Gが大きくなるとカオス的様相が出現することが分かった。
熱対流と違って,大小の渦対からなる規則正しい流れ模様が高次の流れ構造として出現することは興味あることである。
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