流体現象を伴う反応拡散波のソリトン的挙動と非線形ダイナミックス

流体现象伴随的反应扩散波的类孤子行为和非线性动力学

• 批准号: 07832015
• 负责人: 三池 秀敏
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07832015/
• 关键词: BZ反応; 反応拡散波; 流体現象; ソリトン; パターンダイナミクス; Big Wave

振動的な酸化還元反応としてよく知られるBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応において、非撹拌のバッチリアクター中にSpiral WaveやTarget Patternのような化学反応波がトリガされる。代表者らは、化学反応波のトリガの仕方によっては加速的に伝搬し大きな流体現象を伴う化学反応波(Big Wave)が存在することや、Spiral Waveを励起した反応容器中に特殊な振動流が発生することを見出して来た。Big Waveの特徴は、通常のトリガ波の伝搬速度(約100μm/s)に比較して非常に大きな(最大3000μm/s)反応波とともに伝搬する対流の発生と、加速的な波頭の伝搬である。本研究では、化学反応波が伝搬していく際に反応波に付随して発生する興味深い流体現象(特にBig Wave)の発生メカニズムの解明を目標とした。このため、従来不可能であった、反応波の波頭での溶液界面の変形と発生している流れの同時計測法を開発した。界面の変形は反応溶液表面でのレーザ光の鏡面反射像の動きを動画像処理することにより、また反応溶液中の流れは溶液中に混入させた微粒子(ポリスチレン球0.5μmφ)をレーザ光により可視化し動画像処理することで観測した。この手法の開発により、流体現象の発生メカニズムがMarangoni不安定性であることや、高次の不安定性がBig Wave発生のキ-ポイントであることが明らかとなった。また、Spiral Waveに伴う振動的対流についても、約3mm/sでSpiral波の中心に向かって次々に伝搬する、非常にグローバルな対流構造の存在が明らかとなり、Big Waveとの関連性や、化学反応波に伴う二つの流体現象を統一的に理解できる可能性が示された。現在、こうした事実を取り入れた新しいモデルを構築中であり、シミュレーション実験を併用した今後の研究の進展が望まれる。

The vibration of the acidizing element is reflected by Belousov-Zhabotinsky(BZ) reaction, and the non-stirring reaction is reflected by Spiral Wave and Target Pattern. The representative is the occurrence of a special vibration flow in a reaction vessel due to the excitation of a chemical reaction wave and a large fluid phenomenon accompanying the chemical reaction wave. The characteristics of Big Wave include the propagation velocity of the normal wave (about 100μ m/s), the propagation velocity of the opposite current, and the propagation velocity of the accelerated wave head. The purpose of this study is to clarify the development of deep fluid phenomena (especially Big Wave) due to the occurrence of chemical wave and chemical wave. A simultaneous measurement method for the formation and evolution of the solution interface of the inverse wave is developed. The shape of the interface is reflected by the specular reflection image of the reflected light on the surface of the reflective solution. The particles (0.5μmφ) are mixed in the reflective solution. The development of this method, the development of fluid phenomena, the development of Marangoni instability, the development of high-order instability, the development of Big waves, the development of fluid phenomena, the development, the development of fluid phenomena, the development of fluid phenomena, the development, The possibility of unifying the understanding of the phenomenon of the spiral Wave accompanied by vibration, the existence of the structure of the spiral wave accompanied by vibration, the correlation of the big Wave, the chemical wave accompanied by vibration, and the phenomenon of the spiral wave accompanied by vibration is shown. Now, we are looking forward to the future research progress of the new technology in the future.

项目成果

Shoichi Kai: "Curious properties of soliton induced by Marangoni instability in shallow Belausov-Zhabotinsky reaction." Physica D. 84. 269-275 (1995)

Shoichi Kai：“浅层 Belausov-Zhabotinsky 反应中 Marangoni 不稳定性引起的孤子的奇怪特性。”

Hidetoshi Miike: "Measuring surface shape from specular reflectin image sequence" Jpn.J.Appl.Phys.34. L1625-L1628 (1995)

Hidetoshi Miike：“从镜面反射图像序列测量表面形状”Jpn.J.Appl.Phys.34。