| 研究課題/領域番号 |
15K17723
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| 研究機関 | 福岡工業大学 |
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研究代表者 |
下川 倫子 福岡工業大学, 工学部, 助教 (80554419)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 重力不安定性 / モード選択 / 液滴 / 変形 |
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| 研究実績の概要 |
界面現象に関する様々な研究が従来なされてきたが、その多くが平衡系の範囲内であったり、その延長線上でのものである。しかし、現実の系のほとんどは時間的にも空間的にも不均一な非平衡系であることから、平衡系の枠組みで非平衡系での界面現象の理解は難しい。その性質を調べることは物理的のみならず、工学的にも重要な課題である。
我々は時間に対して非定常な系である液滴の分裂現象に関する実験的研究を行った。粘性流体中を沈降している液滴は、沈降過程で複数個の液滴に自発的に分裂する。液滴は渦輪に変形し、重力不安定性に起因した渦輪の不安定化によって分裂が促されることを昨年度、示した。
本年度は分裂個数を決定する物理量を実験から明らかにすることを目的とし、研究を行った。分裂個数ｍに関する頻度確率分布を実験で調べた。実験は以下の結果を示す；（１）粘度上昇とともにｍは減少する、（２）二流体の密度差とともにｍは増加する、（３）滴の半径の増加とともにｍは増加する。
得られた結果からｍの平均値＜ｍ＞を求めた。前述したように、滴の分裂は重力不安定性に起因するので、密度差による重力の効果を駆動力としたナビエストークス方程式で分裂現象を表現した。このモデル式の無次元化によって得られた無次元量Ｇを用いて＜ｍ＞を整理した。Ｇは液滴の半径、二流体の粘度、二流体の密度差を含む無次元量である。実験条件が異なるにもかかわらず、Ｇに対する＜ｍ＞の関係は同じ曲線状にのっていた。以上のことから、重力による滴の駆動力と粘性散逸の競合が分裂モードの決定において重要であることが考察された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は国際学会STATPHYS，研究会「非線形現象の捉え方」，非線形反応と協同現象研究会，日本物理学会等で発表を行い，論文を投稿中である。以上のことから順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
二流体の粘度が等しい条件における実験を行ってきた。
今後は液滴と外部の粘性流体の粘度差による液滴の分裂個数への影響について実験で調べ、分裂個数を決定する上で重要な粘性散逸の要素を実験で明らかにしたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
学内の特別旅費および研究補助を受けることができたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
世話人をしている研究会「非線形現象の捉え方」、「非線形反応と協同現象研究会」、福岡工業大学情報科学セミナーの招待講演者への旅費、謝金、経費として使用予定である。本研究課題に関連する招待講演者を招へいし、研究の発展につなげる。
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