粒子群・赤外活性ガス共存ふく射伝熱への電磁方程式直接解法によるアプローチ

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360110
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岡本 達幸 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40127204)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高城 敏美 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40029096)
• Keywords: ふく射伝熱 / 粒子群・赤外活性ガス共存 / ふく射エネルギー散乱 / 電磁方程式 / 直接差分解法 / 多重散乱効果 / ふく射強度 / 位相関数

Research Abstract

従来のふく射エネルギー散乱の取り扱いにおいては,非球形粒子による散乱パターンを理論予測できなかったため,単一球形粒子による散乱パターンに基づく位相関数を用いている.本研究では,まず,多重散乱効果が無視できる程度の粒子数密度を想定して,同一形状の非球形粒子が色々な姿勢で不規則に配置されている場合の散乱パターンを電磁方程式直接解法で理論予測した.その結果,散乱角を掛けた散乱パターンに関して,第一ピークの現れる散乱角は体積等価径を有する真球によるものの場合とほとんど同じであるが,強度そのものはかなり異なり,第二ピーク以降はパターンもかなり差が現れた.すなわち,非球形粒子に対して,体積等価径を有する真球の散乱パターンから導いた位相関数と散乱係数を適用し難いことを示唆している.
次に,種々の大きさの散乱体が高い数密度で存在する場合について,多重散乱が散乱パターンに与える影響を二次元問題として電磁方程式直接解法で検討した.散乱体の数密度が高くしてゆくと,散乱角が小さい範囲から散乱されたエネルギーの強度が低下し始め,数密度が高くなるにつれて,強度が低下する範囲は散乱角が大きい領域に広がって行くとともに,小散乱角域での散乱されたエネルギーの強度は一層低下して行くことが明らかになった.このことは,散乱体数密度が高い状況では,単一粒子による散乱パターンをベースとする位相関数は使用できないことを意味している.
電磁方程式直接解法で得られる電磁場解から電場と磁場の外積を取って得られるポインティングベクトルはエネルギーフラックスに対応するが,あらゆる方向に流れているエネルギーの合成ベクトルに相当するものしか得られず,同一直線状を逆方向に流れるエネルギーの際引きをした結果しか得られないという問題もあったが,ハイゲンス・フレネルの原理に工夫を加え,電磁場解からふく射強度に対応する量を算出することに成功した.

Research Products

• [Publications] 山田大円, 岡本達幸, 高城敏美: "多重散乱効果が光学粒径分布計測に及ぼす影響の電磁方程式直接解法による検討"第41回燃焼シンポジウム講演論文集. 451-452 (2003)
• [Publications] 岡本達幸, 山田大円, 岸真治: "粒子数密度が輻射の散乱に及ぼす影響のMaxwell方程式差分解法による検討"第41回日本伝熱シンポジウム. (発表予定). (2004)