強制流による量子化渦除去効果を利用した超流動ヘリウムの伝熱促進

本年度の研究計画は滞りなく実行できた。1.課題のこれまでの取り組みで、流入するHe II流れの古典的乱流運動によってもたらされる低密度の初期渦から急速に発展する高密度量子化渦が、流れの上流側に伝播する第2音波熱パルスの過大な減衰の原因であることが示唆されてきたので、その数値計算による検証を続けた。そのため、本研究グループにより既開発の、超流動2流体方程式+Vinenの渦密度発展方程式から成る数値シミュレーション用コードを本テーマの解析用に改良を加えて使用し、乱流運動によってもたらされる初期渦の及ぼす効果が成功裡に数値実験的により検証された。2.超流動乱流状態下での準定常的拡散状伝熱現象(Gorter-Mellink伝熱)に及ぼす強制流の量子化渦の吹き拭い効果の帰結としての伝熱促進効果について、数値実験的検証を行った。伝熱促進効果の観点では、ヒーター部の最高温度が強制流流速の関数としてどの程度減殺されるかが評価された。併せて、ヒーター部に堆積する高密度量子化渦の影響として形成される高温領域となる温度境界層の振る舞いについても詳しく調べられ、その伝熱促進効果が評価された。3.強制流が高密度量子化渦に及ぼす効果を間接的に見積るため、He II中に大きな流体運動を誘起させることが知られているノイジー膜沸騰現象について実験的に調べた。その大規模不安定現象によって誘起される周囲He IIの大規模流体運動の及ぼす高密度渦層への効果について、特に両者間の増長に関わるフィードバックメカニズムの同定作業が進捗を見せ、この種の大規模不安定現象の解析にこのフィードバックメカニズムが重要な働きをなしていることが確認された。

本年度の研究計画は滞りなく実行できた。1.課題のこれまでの取り組みで、流入するHe II流れの古典的乱流運動によってもたらされる低密度の初期渦から急速に発展する高密度量子化渦が、流れの上流側に伝播する第2音波熱パルスの過大な減衰の原因であることが示唆されてきたので、その数値計算による検証を続けた。そのため、本研究グループにより既開発の、超流動2流体方程式+Vinenの渦密度発展方程式から成る数値シミュレーション用コードを本テーマの解析用に改良を加えて使用し、乱流運動によってもたらされる初期渦の及ぼす効果が成功裡に数値実験的により検証された。2.超流動乱流状態下での準定常的拡散状伝熱現象(Gorter-Mellink伝熱)に及ぼす強制流の量子化渦の吹き拭い効果の帰結としての伝熱促進効果について、数値実験的検証を行った。伝熱促進効果の観点では、ヒーター部の最高温度が強制流流速の関数としてどの程度減殺されるかが評価された。併せて、ヒーター部に堆積する高密度量子化渦の影響として形成される高温領域となる温度境界層の振る舞いについても詳しく調べられ、その伝熱促進効果が評価された。3.強制流が高密度量子化渦に及ぼす効果を間接的に見積るため、He II中に大きな流体運動を誘起させることが知られているノイジー膜沸騰現象について実験的に調べた。その大規模不安定現象によって誘起される周囲He IIの大規模流体運動の及ぼす高密度渦層への効果について、特に両者間の増長に関わるフィードバックメカニズムの同定作業が進捗を見せ、この種の大規模不安定現象の解析にこのフィードバックメカニズムが重要な働きをなしていることが確認された。