| 研究課題/領域番号 |
18K03572
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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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| 研究分担者 |
坂口 英継 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90192591)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 渦輪 / 不安定化 / パターン形成 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、渦輪の多角形への変形メカニズムの解明を通して粘性流体における非平衡界面の変形現象を理解することである。粘性流体中を沈降する液滴は沈降過程で渦輪に変形した後、自発的にいくつかの液滴に分裂する。この現象は100年以上前から知られているにもかかわらず、液滴の形状や沈降速度が時間とともに変化する非定常な系であることから、そのダイナミクスが十分に理解されているとは言えない。そこで、我々は液滴の分裂を促す渦輪の不安定性の研究を通して、そのダイナミクスを理解することを考えた。
本年度は、液滴の分裂個数を決定する物理量を明らかにし、分裂個数に関するモード選択を表現する物理モデルを通して、その物理ダイナミクスに対する解釈を与えた。
まず、実験で粘度や初期の液滴のサイズに対する分裂個数の変化を調べた。その結果、分裂個数は粘度増加と共に減少し、液滴サイズとともに増加する傾向があることが分かった。次に、実験結果から①渦輪の成長と②重力不安定性による界面不安性によって、渦輪の不安定化が起こり、液滴の分裂現象が起こると考えた。実験から得られたこの考察を元に現象論的モデルを提案し、無次元化することにより液滴サイズや粘度、密度差を含む無次元パラメータを導出した。得られた無次元パラメータを用いることによって、実験で測定された分裂個数を整理することができた。さらに、モデルから得られた無次元パラメータと分裂個数の関係は実験結果とよく一致していた。以上のことから、成長する渦輪の不安定化において、渦輪の成長と二流体の密度差による重力不安定性が支配的要因であること示した。
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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
本年度は、本研究課題の大きな目的の一つである沈降する渦輪の不安定化におけるモード選択ついて、実験と数値計算の両方からアプローチし、液滴の分裂個数を決定する物理機構に関する解釈を与えることができた。以上のことから、おおむね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 |
本年度の研究を通して、沈降する渦輪の成長を理解することが本研究タイトルである”界面不安定性による多角形渦輪の形成メカニズム”の解明において重要であることが明確になった。そこで、今後は、渦輪の成長速度を決定する物理に着目し、研究を進めていく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
残額は、当初から計画していた国際会議旅費の一部を、他の資金からの援助を受けて支出したことにより生じた余剰であり、研究計画の未達による物ではない。
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