| 研究概要 |
1.乱流・乱流問転移におけるDirected Percolatignの実験的検証
吸収状態がある系の相転移は、Directed Percolation(DP)と呼ばれ、非平衡系における相転移の普遍的なクラスとして知られており、物理・化学・生物等多くの分野で理論的研究が行われてきた。しかし、DP転移の実験による十分な検証は存在しなかった。我々は、液晶中に生じる乱流・乱流転移の間欠性に着目し、従来謎とされてきたヒステリシス転移がDP転移と関わっていることを見出し、従来に比べ格段にシステムサイズが大きく統計性の高い実験を行い、3つの臨界指数すべてが高精度でDPクラスの指数に一致することを始めて示し、DP転移が現実に存在することを実証した。これまで理論的には多くの研究が存在したが3つの臨界指数が一致する実験は存在せず、実験系との対応に疑問が持たれていたが、この実験によりDPが自然界に存在することが示された。
2.熱乱流特性を測定する超音波および温度計測システムの開発
熱輸送のスケーリングを決める要因として、境界層の構造と平均流の存在と安定性が考えられるが、我々はこれらの点を明らかにするためには、乱流速度場の構造と平均流の特徴を捕まえることが不可欠であると考え、3つの新しい計測方法を導入した。その一つは、超音波トランスデューサーを複数設置することにより、X, Y, Z3方向の軸上の速度場を一瞬にして計測するシステム、第二に移動式の超音波トランスデューサーを用いたセル内の速度場をスキャンするシステム、第三に多数の温度センサーによる平均流の長時間測定システムである。これらにより空間のエネルギースペクトラムの測定が可能となった。また、容器に埋め込んだ32個のサーミスターにより平均流の構璋とその安定性や振動などの特性が、対流容器のアスペクト比により大きく変わることなどを見出した。
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