粉体系と液体系における重力不安定化現象の普遍性解明

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本課題は，粉体（例えば砂など）を空気中や液体中で沈降させた際に見られる重力不安定性現象に関して，実験研究を中心に取り組んでいる．このような重力不安定性現象は，液体-液体系ではレイリー・テイラー不安定性として知られており，これまで理論的・実験的研究によって様々な性質が明らかになっているが，液体-粉体においてはあまり理解が進んでいない状況である．本研究では，固体状態（ゲル）と液体状態（ゾル）に加熱や冷却によって可逆的に転移することができる物理ゲルの性質に着目し，粉体の沈降挙動との共通性を詳細に調査することによって，複雑な粉体のダイナミクスを明らかにする．本年度は，昨年度までに改良を加えた充填率制御可能な実験セットアップにさらに一部改良を加えながら，継続使用することで実験を行った．実験では特に粉体粒子の形状に着目した．これまで使用してきた粉体粒子の形状は均一ではなく，この影響については未検討であった．そこで，新たに粒子形状が比較的均一であるガラスビーズを用いて実験を行った．本年度においては，まだ複数の粒径における調査は実施することはできていないが，今回実施した範囲内において，充填率などを変化させながら，多くの定量的データを得ることに成功している．今後，幅広い粒径範囲にて実験を行う計画である．これらの結果については，次年度において論文の執筆・投稿を計画している．さらに，実験の過程で，新たに興味深い粉体流動現象を発見した．この現象は本課題とも大きく関連することから，次年度において並行して研究を進める計画である．また，これらの実験成果については，順次論文としてまとめる計画である．