2021 Fiscal Year Annual Research Report
表面張力勾配により自己駆動する液滴を利用した宇宙居住用水浄化装置の開発
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19K22015
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岡野 泰則 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90204007)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲富 裕光 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50249934)
堀河 俊英 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (90380112)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | マランゴニ対流 / 数値解析 / 水浄化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は濃度差と温度差による表面張力勾配が存在する際の流体輸送に関し注力し数値解析を行った。一般化のため微小重力実験で主に用いられる液柱と地上実験で主に用いられる矩形内を対象とし、様々に異なる境界条件の元、液内の流動、熱・物質移動現象に及ぼす温度差、濃度差表面張力勾配流の共存効果について解析を行った。同時に不安定性の発生を正確に予想するためにこれまで広く用いられてきた線形安定性解析とCFDを一連でつなげる手法を新たに開発した。解析には主にOpenFOAMを用いた。
以上の結果、液内に発生する対流パターンには、温度差、濃度差の方向の組み合わせが極めて重要であり、単なる発生する対流速度の単純な和や差では表すことができないことが分かった。加えて形状の影響は大変重要であり、液柱においては回転方向の流れにアスペクト比が大きく影響を及ぼすことが分かった。矩形内では境界条件が極めて重要であり、その組み合わせによってbasic flowと呼ばれる流動の主構造、不安定性の発生条件、不安定性発生後の振動周期などが様々に変化することが分かった。いずれの形状においても自由表面における熱輻射の影響は極めて重要であり、周囲温度を変化させるだけで流動方向、振動形態を制御可能であることが示唆された。この結果は実際に宇宙空間のような複雑で緻密な操作がしにくいような条件下において有効な制御手法となりうるものと思われる。
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Research Products
(7 results)
