成層液体-蒸気二相系における波動

今年度に行った研究で得られた主な成果を要約すると以下のようになる。1.気液分離成層系を伝播する波の解析:破膜が容易で、平面波を発生させることができるので、段差のある衝撃波管を用いる。 衝撃波管の初期圧力比が小さい場合について、ラプラス変換(時間)と餘弦変換(管軸方向の座標)を用いて、波の伝播と構造を解析的に明確に示した。 気相中を伝播する圧力波および界面条件を非線形化することによって、初期圧力比が大きい場合にも拡張できることを示した。 界面上の重力波に対する分散関係式を導き、気層対液層厚み比、相変化の重力波不安定性への効果を明らかにした。2.相変化を伴う流体の状態方程式のモデル化:蒸発・凝縮を伴う流体では、分子間引力や分子体積による、状態方程式の理想気体との違いが重要である。 ファン・デル・ワールス状態式を一般化して、通常流体から逆行流体まで連続的に記述できる状態方程式を提案した。 また、内部エネルギーおよびエントロピーに対する解析的表式を与えた。飽和炭化水素について、飽和液体曲線、飽和蒸気曲線、臨界点を過ぎる場合の蒸発・凝縮過程を解析的・数値的に調べた。気液分離成層系を伝播する波に対する実験および測定:段差のある角型衝撃波管を作成、圧力素子による計測を行い、圧力波の伝播速度および構造の時間的変化を調べた。また、ストロボスコープにより界面重力波不安定の発生を確認した。 光電素子により、レーザー光の透過光量の時間履歴を検出して、界面重力波不安定に伴う液滴飛散の微細構造を検出する方法を開発した。

今年度に行った研究で得られた主な成果を要約すると以下のようになる。1.気液分離成層系を伝播する波の解析:破膜が容易で、平面波を発生させることができるので、段差のある衝撃波管を用いる。 衝撃波管の初期圧力比が小さい場合について、ラプラス変換(時間)と餘弦変換(管軸方向の座標)を用いて、波の伝播と構造を解析的に明確に示した。 気相中を伝播する圧力波および界面条件を非線形化することによって、初期圧力比が大きい場合にも拡張できることを示した。 界面上の重力波に対する分散関係式を導き、気層対液層厚み比、相変化の重力波不安定性への効果を明らかにした。2.相変化を伴う流体の状態方程式のモデル化:蒸発・凝縮を伴う流体では、分子間引力や分子体積による、状態方程式の理想気体との違いが重要である。 ファン・デル・ワールス状態式を一般化して、通常流体から逆行流体まで連続的に記述できる状態方程式を提案した。 また、内部エネルギーおよびエントロピーに対する解析的表式を与えた。飽和炭化水素について、飽和液体曲線、飽和蒸気曲線、臨界点を過ぎる場合の蒸発・凝縮過程を解析的・数値的に調べた。気液分離成層系を伝播する波に対する実験および測定:段差のある角型衝撃波管を作成、圧力素子による計測を行い、圧力波の伝播速度および構造の時間的変化を調べた。また、ストロボスコープにより界面重力波不安定の発生を確認した。 光電素子により、レーザー光の透過光量の時間履歴を検出して、界面重力波不安定に伴う液滴飛散の微細構造を検出する方法を開発した。