2002 Fiscal Year Annual Research Report
超流動ヘリウムの沸騰熱伝達とそれに伴う振動/カオス現象の研究
Project/Area Number |
02F00106
|
Research Institution | University of Tsukuba |
Principal Investigator |
村上 正秀 筑波大学, 機能工学系, 教授
|
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHANG Peng 筑波大学, 機能工学系, 外国人特別研究員
|
Keywords | 超流動ヘリウム / 沸騰熱伝達 / 圧力振動 / 温度振動 / カオス解析 / 可視化 / 自己組織化臨界現象 |
Research Abstract |
2002年の会計年度に「超流動ヘリウムの沸騰熱伝達とそれに伴う振動/カオス現象の研究」のいくつかの研究結果を日本学術振興会(JSPS)の経済的援助の下で得られた。超流動ヘリウム(He II)中での沸騰現象は、通常流体での沸騰とは非常に多くの差違があり、かなり特徴的なものである。我々は、可視化のみならず、圧力振動測定、超伝導温度センサーによる温度振動測定、という多方向からの観測をHe II中での沸騰現象の研究に用いた。その結果: 1.ノイジー膜沸騰とサイレント膜沸騰との振動現象が測定され、その結果、この二つの沸騰において、圧力振動と温度振動には多くの違いが見られた。ノイジー膜沸騰では20-30Hzの圧力振動が支配的であるのに対し、サイレント膜沸騰では支配的な周波数を検出する事が出来ないという事が示された。また、二つの沸騰モードは見た目にも差違があった。 2.圧力振動が気泡振動と液柱振動の結果である一方、温度振動は温度境界層の運動と超伝導温度センサーの位置における。気泡の拡大により生じる事が示され、ノイジー膜沸騰中での温度振動と圧力振動の間に強い相関がある事が発見された。 3.He IIの沸騰における振動現象の解析に、カオス解析を適用した。圧力変動のFFT解析の結果より、スペクトルは連続的、かつ、べき乗則に従って減少することが示された。re-constructed state-spaceは複雑な構造を表す。計算されたLyapunov指数は正であり、これはHe IIの膜沸騰にカオス的な振る舞いが存在するという説得力のある証拠を示している。correlation dimensionのembedded dimensionに対する飽和はHe IIの膜沸騰における圧力変動はランダムではなく、ある種の決定論的なカオスであるという事を示す。 4.He IIの沸騰における自己組織化臨界現象について研究した。圧力振動はそう入深さ(immersion depth)と共に変化し、圧力振動のpower density spectrumは1/f^αという振る舞いを示す。ここでのべき数alphaはほぼ1-2であるとあり、これはこの系に自己組織化臨界現象が存在する事を示している。そう入深さは、気液境界膜の安定性、また上記のように沸騰状態を決める重要な役割を演じている。このような振る舞いが膜沸騰と関連している。 5.可視化からHe IIの沸騰に関するさらに幾つかの知見が導びかれた。垂直に設置された透明ヒーターの測面図から、沸騰過程はかなり激しく、非常に複雑なパターンを示したという事が分かった。
|
Research Products
(5 results)
-
[Publications] ZHANG Peng: "Fractal study of the fluctuation characteristic in the calibration of the cryogenic thermocouples"Cryogenics. V43(in press). (2003)
-
[Publications] P.Zhang: "Investigation of the chaotic pressure fluctuation induced by the vapor bubble oscillation in the film boiling of superfluid helium"Heat and Mass Transfer, DOI 1O.1007/s00231-002-0366-z. V39(in press). (2003)
-
[Publications] ZHANG Peng: "Pressure Fluctuation of 1/f^a in the Film Boiling of He II"Chinese Physics Letters. V19(4). 540-542 (2002)
-
[Publications] P.Zhang: "An investigation of the stability of the vapor-liquid interface of the film boiling in He II"Proc. of ICEC19. (in press). (2003)
-
[Publications] P.Zhang: "A Study of The Fractal Fluctuation Characteristic in The Calibration of The Cryogenic Thermocouples"Proc. of ICCR'2003. (in press). (2003)