流速場と拡散ダイナミクスの相乗的な効果による拡散促進現象

由于流速场和扩散动力学的协同作用而产生的扩散促进现象

• 批准号: 20K14370
• 负责人: 小谷野 由紀
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kobe University (2021-2022)Tohoku University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14370/
• 关键词: 移流拡散方程式; フォッカー・プランク方程式; 拡散; 流体力学; フォッカープランク方程式; 流体; 音響浮遊法

昨年度まで、流動場とブラウン運動由来の拡散の協働効果により、拡散が促進される現象や異方的な拡散現象といった通常の物質拡散とは異なる拡散が生じることを明らかにした。更には、流動場だけでは説明できない非自明な移流が生じることも明らかにした。本年度はこれまでの結果を論文にまとめ、査読つき論文として公表した。また、実験的により実現可能が高い流動場として、周期的なせん断応力がかかっている場における拡散について検討した。その結果、ずりに対して垂直な方向には通常と同様の拡散が起きるが、ずりが生じている方向について拡散の促進が見られた。これは昨年度までの結果を支持する結果である。対応する系としては、平板に挟まれた流体内で、片方の平板を振動的に並行移動させた場合に生じる流動場を近似的に模していることとなり、実験的に確かめることができる可能性がある。また、外的に与えられた流動場ではなく、自己駆動する粒子が周囲に作る流動場が拡散にどのような影響を与えるのか興味深い。そこで、自己駆動粒子の運動の解析にも取り組んだ。具体的には、自己駆動する粒子と受動的に動く粒子のペア、円形領域内に閉じ込められた長方形形状の粒子、非対称性をもつ粒子の3つの場合について取り扱った。各系で見られる粒子の定性的な運動状態や、運動状態間の転移現象について分岐理論の観点から解析を行い、実験で見られた運動状態の転移現象を説明することに成功した。

直到去年，据透露，从布朗运动中得出的流场和扩散的协作效应导致扩散与正常材料扩散不同，例如促进扩散和各向异性扩散现象的现象。此外，还揭示了发生非平凡的对流，仅流动场就无法解释。今年，我们已经将结果汇编成一篇论文，并将其作为同行评审的论文发表。此外，研究了周期性剪切应力下的场中的扩散，作为一个在实验上更可行的流场。结果，相同的扩散在垂直于剪切的方向上以正常形式发生，但是扩散是沿剪切发生的方向促进的。这是支持去年结果的结果。相应的系统近似于当一块板在板之间夹在板之间的流体中并联移动时发生的流场，并且可以通过实验确认它。有趣的是，看到自驱动粒子周围产生的流场是如何影响扩散的。因此，我们还致力于分析自驱动颗粒的运动。具体而言，解决了三种情况：一对自动驱动和被动移动的颗粒，一个被束缚在圆形区域内的矩形粒子和不对称的颗粒。我们从分支理论的角度分析了每个系统中看到的颗粒的定性运动状态以及运动状态之间的转移，并成功地解释了实验中看到的转移现象。

项目成果

Anomalous diffusion and transport by a reciprocal convective flow

相互对流的异常扩散和传输

• DOI: 10.1103/physreve.106.024102
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Koyano Yuki;Kitahata Hiroyuki
• 通讯作者: Kitahata Hiroyuki

Two Floating Camphor Particles Interacting through the Lateral Capillary Force

两个漂浮的樟脑颗粒通过横向毛细管力相互作用

• DOI: 10.7566/jpsj.89.074004
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Hirose Yuhei;Yasugahira Yusuke;Okamoto Mamoru;Koyano Yuki;Kitahata Hiroyuki;Nagayama Masaharu;Sumino Yutaka
• 通讯作者: Sumino Yutaka

Complexity and bifurcations in the motion of a self-propelled rectangle confined in a circular water chamber

• DOI: 10.1039/d2cp02456j
• 发表时间: 2022-08-11
• 期刊: PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
• 影响因子: 3.3
• 作者: Kitahata, Hiroyuki;Koyano, Yuki;Gorecki, Jerzy
• 通讯作者: Gorecki, Jerzy

往復する振動対流の下での拡散・移流

往复振荡对流下的扩散和平流

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kuroda;T. Mizoguchi;H. Araki and Y. Hatsugai;Synthetic superfluid chemistry with vortex-trapped quantum impurities;小谷野由紀
• 通讯作者: 小谷野由紀

Pairing-induced motion of source and inert particles driven by surface tension

由表面张力驱动的源粒子和惰性粒子的配对引起的运动

• DOI: 10.1103/physreve.106.024604
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Ishikawa Hiroaki;Koyano Yuki;Kitahata Hiroyuki;Sumino Yutaka
• 通讯作者: Sumino Yutaka