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2019 年度 実績報告書

温度場と電場を用いた表面張力流の対流制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K06190
研究機関横浜国立大学

研究代表者

西野 耕一  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90192690)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード対流 / 表面張力流 / 不安定性 / 対流伝熱 / 熱ふく射 / 電場 / 液注 / 液滴
研究実績の概要

最終年度の研究成果として、(1) 5cSt・10cStシリコーンオイル液柱の表面張力流を対象として、液柱表面からのふく射伝熱と対流伝熱を考慮した数値解析を行い、微小重力実験で観察された「逆流領域(セカンダリーロール)」の発生条件を調べた。微小重力環境ではふく射伝熱が液柱表面からの放熱の主たる要因となること、加熱ディスクから受け取った全ての伝熱量を液柱表面から失う箇所で表面流速がゼロになること、その結果として液柱表面に逆流領域が生じることなどを明らかにした。(2) 5cStシリコーンオイル水平液膜を対象として、静電場(0~600V)を印可した状態の表面張力を白金プレート法を用いて測定した。液膜温度を変化させることによって、表面張力の温度場・電場依存性を調べ、表面張力の実験整理式を提案した。また、前年度から引き続き、5cStシリコーンオイルの懸架液滴に温度場(温度差0~15K)と電場(直流電圧0~1000V)を印可することによって、電場による温度差表面張力流への影響を調べた。(3) ディスク径4mmの2cStシリコーンオイルの液柱の振動流遷移現象を対象として、液柱アスペクト比0.4と0.5では、臨界温度差の1.3~1.4倍において周方向モード数=2の振動周波数が不連続に低下する現象を見いだした。この低下に伴い、液柱内部の粒子不在領域(ボイド領域)の形状が楕円形から細いスリット状に変化し、PIV計測で得られた液柱内部の流動場が冷却ディスク側に発達することを明らかにした。
以上の通り、液柱・液滴・液膜における表面張力流を対象として、対流駆動源である温度場と電場を操作することによって、表面張力流の対流制御に向けた知見の蓄積と方法・技術の開発を行った。特に、これまで研究例の乏しい電場の影響に着目し、表面張力の電場依存性、液滴の表面張力流の制御など、新しい知見を蓄積した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] University of Brussels/Vienna University of Technology(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      University of Brussels/Vienna University of Technology
  • [雑誌論文] Effect of radiative heat transfer on thermocapillary convection in long liquid bridges of high-Prandtl-number fluids in microgravity2019

    • 著者名/発表者名
      SHITOMI Nobuhiro, YANO Taishi, NISHINO Koichi
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 133 ページ: 405-415

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.119

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flow Visualization of Axisymmetric Steady Marangoni Convection in High-Prandtl-Number Liquid Bridges in Microgravity2019

    • 著者名/発表者名
      YANO Taishi, NISHINO Koichi
    • 雑誌名

      International Journal of Microgravity Science and Application

      巻: 36(2) ページ: -

    • DOI

      10.15011/jasma.36.2.360202

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Flow measurement of sub-critical Marangoni convection in high-Prandtl-number liquid bridges in microgravity2019

    • 著者名/発表者名
      YANO Taishi, NISHINO Koichi
    • 学会等名
      8th Symposium on Bifurcations and Instabilities in Fluids Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] Sensitivity of Marangoni convection in a high-Prandtl-number liquid bridge to the radiative heat transfer under reduced gravity2019

    • 著者名/発表者名
      TANO Taishi, ARINOBU Junya, NISHINO Koichi
    • 学会等名
      14th International Conference on Two-Phase Systems for Space and Ground Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] Frequency jump and associated velocity field of oscillatory thermocapillary flow in a high-Prandtl-number liquid bridge2019

    • 著者名/発表者名
      MABUCHI Yuki, YANO Taishi, NISHINO Koichi
    • 学会等名
      14th International Conference on Two-Phase Systems for Space and Ground Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] 微小重力条件下の液柱マランゴニ対流に対する周囲気体流動とふく射伝熱の影響2019

    • 著者名/発表者名
      有信潤哉, 矢野大志,西野耕一
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第31回学術講演会
  • [学会発表] 軌道上の液柱マランゴニ対流実験で得られた成果と今後の課題2019

    • 著者名/発表者名
      矢野大志,西野耕一
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第31回学術講演会

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公開日: 2021-01-27  

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