| 研究課題/領域番号 |
19K04271
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
高原 弘樹 東京工業大学, 工学院, 教授 (90226910)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 液面揺動 / 液面揺動の局所化 / 非線形液面揺動 |
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| 研究実績の概要 |
昨年度まで液面間の距離を一定である薄い隔壁で仕切られた二液面系における隔壁位置が液面揺動に与える影響や三液面を有する系での局所化の発生に着目して研究を行ってきた．今年度は，液面間の距離が液面揺動の局所化に与える影響に着目して研究を行った．液面揺動の局所化に対する液面間距離の影響は，全くわかっていないため，その基本的な特性を調べるために，直方体容器の大きさを一定にして，挿入する隔壁の位置や厚さを変化することで，液面間距離を変化させて影響を調べた．
まず，液面間の距離を変化させて解析を行い，二液面間の距離が固有振動数と固有モードの与える影響を調査した．解析手法は，本研究で有効性を確認している領域分割を考慮した境界要素法解析を用いた．隔壁の位置を容器中央とした場合だけでなく，中央でない場合も解析した．局所化に関係する二つの振動モードの固有振動数は，隔壁の位置に関わらず，液面間距離が大きくなっても，ほぼ一定であった．一方，二つの固有モードの形状は，隔壁の位置が中央の場合には，液面間距離を大きくしても，二つの液面で同相と逆相で振動するモード形状となり，モード形状に大きな変化は現れなかった．一方，隔壁の位置が容器中央より離れると，液面間距離が小さい場合には，両液面が同相と逆相で振動するモード形状であるが，液面間距離が大きくなると，一方の液面のみが振動するモード形状が二つ現れるようになった．
次に，模型容器を用いて揺動実験を行った．両液面の揺動波形を測定した．線形を仮定した場合に得られる二つのモードの励起される割合と，実験結果をモード分解して求めた振幅比を比較して，揺動の局所化の度合いを調べた．今回の結果では，二液面間の距離が大きくなると揺動の局所化が生じにくくなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
新型コロナウイルスの影響で，大学への入校が制限されたことにより，実験の回数が制限されたことで，研究がやや遅れているが，初年度に，二液面を分ける隔壁下部の液面の揺動と，液面が三つの場合に着目し，昨年度は二つの液面間の距離に着目して研究して得られた知見にもとづいて研究を進め，最終年度は，多液面間で生じる液面揺動の局所化発生のメカニズムの解明を目指す．
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度までに明らかになった二つの自由液面を有する容器内の揺動に関して，隔壁の位置や液面間の距離が固有モードに与える影響は，三つの液面を有する系内の液面揺動でも同様な傾向を示していることから，この隔壁位置や液面間の距離による固有モードの変化が，液面揺動の局所化発生との関係に着目し，隔壁の位置，液面間距離等を変えた実験を行うとともに，開口部の流体運動の影響を考慮したモデル化や解析結果との比較により，揺動局所化のメカニズムや発生条件の検討を引き続き行う．
また，3年間の研究から得られた多液面を有する容器内で生じる液面揺動の局所化について知見を総括する．
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