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2013 年度 実績報告書

流れと振動による粒状体界面の変形とメソスコピック物理の構築

研究課題

研究課題/領域番号 22540384
研究機関東京農工大学

研究代表者

佐野 理  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80126292)

研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2014-03-31
キーワード粒状体 / 密度波 / 固液相転移 / 界面変形 / 空洞崩壊 / 浸食 / 渦輪衝突 / メソスコピック
研究概要

当該年度に得られた研究成果を列挙する.1.粒状体を容器に入れて鉛直加振したときに表面に形成されるさざ波の形成機構を解明した.粒層底面での衝突はその内部粒子の多重衝突を引き起こし,これが密度波として伝播する.その速度に深さ依存性があると地震波の走時曲線と類似した波の屈折が生じる.この速度分布の精密測定により粒状体界面の周期的変形が生じることを理論的に解明し,また1次元の多重衝突シミュレーションにより実験結果を半定量的に説明した.ある層数以上の粒状体の内部では,固相と液相がダイナミックに相転移を繰り返し,表面付近の波の発生には上層部の流体挙動部分だけが実効的に関与することを示した.2.粒状体の薄層を振動させた時に発生する撓み波を特徴づける周期や振幅,波形などについて精密な観測を行い,これらを決定するものがこれまで主張されていた加速度ではなく,波を駆動する運動量(振動数と振幅の積)であることを示した. 3.流体がリング状の曲線のまわりに自転運動をしている渦領域は渦輪と呼ばれるが,この渦輪は質量,運動量,エネルギーを携えて移動するので,粒状体界面に衝突させると後者を浸食し特徴的な衝突痕を形成する.この過程での渦輪の変形と界面浸食の関係を精密に観測し,衝突痕形成機構の一端を解明した.これらは浅海底のヘドロ除去や生物環境活性化,火星古環境の推測にも応用が期待されている.4.粒状体内部に流体を流したときの粒子分布の局所変動と流れの集束は,土砂崩れの発生や長距離にわたる水脈の形成,などの課題に関連して着目される固液相互作用や相転移現象の一例である,当該年度はこれまでの知見を踏まえ,3次元的な粒子配置変化を測定し,2次元との違いを比較した.5.粒状体境界面付近の粒子が流れによって運ばれ,界面が変形する特徴的なパターン(砂漣)について,その発生の臨界条件を精密に測定した.

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Wavelength selection of ripples in a vertically vibrating dynamically thick granular layer due to density-wave refraction2014

    • 著者名/発表者名
      Osamu Sano
    • 雑誌名

      Comptes Rendus Mecanique

      巻: Vol.342 ページ: 52-62

    • DOI

      10.1016/j.crme.2013.10.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Initial Condition Dependence on the Onset and Growth of Sand Ripple Due to Steady Uni- Directional Viscous Flow2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Ishii, Osamu Sano
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: Vol.82 ページ: 114401_1-7

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.114401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Onset of Landslides due to the Flow-Induced Waterway Formation in Three-Dimension in a Granular Material2013

    • 著者名/発表者名
      O. Sano, N. Sano, Y. Takagi, Y. Yamada
    • 雑誌名

      Proc. 14th Asian Congress of Fluid Mech. (Hanoi and Halong, Vietnam)

      巻: Vol.2(ISBN : 987-604-913-146-2) ページ: 1254-1260

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pattern formation due to a vortex ring colliding to a granular layer and its dependence on the granular properties2013

    • 著者名/発表者名
      Junya Yoshida, Osamu Sano
    • 雑誌名

      Proc. 14th Asian Congress of Fluid Mech. (Hanoi and Halong, Vietnam)

      巻: Vol.1(ISBN : 987-604-913-145-5) ページ: 655-659

    • 査読あり
  • [学会発表] 土砂崩れ発生の力学的メカニズム ― 流体による粒状体の流動化2014

    • 著者名/発表者名
      佐野 理
    • 学会等名
      第1回理論応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      日本学術会議,東京
    • 年月日
      20140317-20140317
    • 招待講演
  • [学会発表] Onset of landslides due to the development of waterways induced by a viscous flow in a granular material2013

    • 著者名/発表者名
      O. Sano, N. Sano, Y. Takagi, Y. Yamada
    • 学会等名
      The 14th Asian Congress Fluid Mech.
    • 発表場所
      HUST(Hanoi Univ.), Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      20131017-20131017
  • [学会発表] Pattern formation due to a vortex ring colliding to a granular layer and its dependence on the granular properties2013

    • 著者名/発表者名
      J. Yoshida, O. Sano
    • 学会等名
      The 14th Asian Congress Fluid Mech.
    • 発表場所
      HUST(Hanoi Univ.), Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      20131015-20131015
  • [学会発表] 渦輪の粒状体表面への衝突によるパターン形成機構 IV2013

    • 著者名/発表者名
      吉田隼也, 佐野 理
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130925
  • [学会発表] 粘性流による粒状体中の半球形空洞の崩壊過程2013

    • 著者名/発表者名
      佐野治翔, 佐野 理
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京農工大学
    • 年月日
      20130914-20130914
  • [学会発表] 渦輪の粒状体表面への衝突―不安定性と衝突痕 IV2013

    • 著者名/発表者名
      吉田隼也, 佐野 理
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京農工大学
    • 年月日
      20130913-20130913
  • [学会発表] 鉛直加振による粒状体の undulation 形成の研究2013

    • 著者名/発表者名
      土勢督史, 佐野 理
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京農工大学
    • 年月日
      20130912-20130912
  • [学会発表] 水平アクリル円筒における粒状体の回転偏析の実験2013

    • 著者名/発表者名
      大沼 誠, 佐野 理
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京農工大学
    • 年月日
      20130912-20130912

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公開日: 2015-05-28  

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