| 研究課題/領域番号 |
16560168
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| 研究機関 | 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
松本 聡 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 研究員 (90360718)
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| 研究分担者 |
依田 眞一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙環境利用科学研究系, 教授 (00344276)
石川 毅彦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙環境利用科学研究系, 助教授 (00371138)
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| キーワード | 液滴 / 振動挙動 / 静電浮遊 / 非線形性 / 共振周波数 / 周波数シフト / 液滴回転 |
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| 研究概要 |
回転液滴の振動挙動に関する研究を行った。液滴挙動を詳細に観察・計測するために、静電浮遊装置を作成し、上下一対の電極間に直径2mm程度の液滴を浮遊させた。試験流体として純水を使用した。液滴振動を励起するために、固有角振動数に一致した正弦波の電圧を下電極に与えることで液滴を鉛直方向に振動させた。また、液滴の垂直軸周りに回転させるために、2個のスピーカから音圧の位相差を利用し、液滴に回転トルクを与えた。
液滴振動モードとしては最低次のモードm=2に関するデータ取得を行った。液滴の振動周波数に対する振動振幅の影響を明らかにするために、小振幅から半径の半分程度まで振幅を変化させ、振動周波数を調べた。振幅が大きくなるに従い、振動周波数は2次関数的に小さくなることが分かった。この結果は、非粘性を仮定した理論および数値解析結果と小さい振幅範囲ではよく一致した。しかし、振幅が大きくなると理論と実験結果とが乖離することを明らかにした。これは、振幅が大きくなることによる内部流動が影響し、より大きな非線形性を発現させているものと考えている。
液滴を振動軸周りに回転させたときの、共振周波数の変化を調べた。回転数は、ゼロから毎秒50回転までの範囲で変化させた。共振周波数は回転が速くなると共に大きくなり、回転数の2乗に比例することが分かった。この結果は、非線形効果を考慮した理論と非常によく一致した。また、回転させた液滴では、振動周波数の振幅依存性は回転していない場合に比べ小さくなる。
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