Flow transition scenarios of dilute bubbly liquids

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本課題では二相流体力学的な「摂理」(時空多重性・非定常性・不規則性)を真正面から扱う．これまでの研究成果より希薄分散混相流に生じる乱流遷移シナリオの解読には，渦と分散体の相互干渉の理解と混相流れの遷移経路の特定が重要であることが分かった．自身の研究成果(Nakamura et al., PRE, 2020; Nakamura et al., JFM Rapids, 2021)を足がかりとして，希薄分散混相流体の遷移経路を明らかにする．今年度は流れ場としてレイリー・ベナール対流（以下RB対流）およびテイラー・クエット流（以下，TC流）を扱い，微細気泡および固体微粒子を含むRB対流について，現象を記述する支配方程式（分散相および連続相それぞれの質量保存則，運動量保存則，エネルギー方程式），９つの無次元数をそれぞれ提案した．現象を特徴付ける無次元数を特定するために，これら９つの無次元数を組み合わせて新たな無次元数を作り，基本場を算出して分類した．その結果，新たな3つの無次元数で基本場が分類されることが分かった．この支配方程式を無限小撹乱に対する線形安定性理論の枠組みで解くことにより，流れが撹乱に対して不安定化する臨界条件，およびそこでの臨界固有関数を決定することが出来た．現在，これら線形安定性解析の成果を査読付き学術雑誌論文投稿に向けて準備中である．その後の課題は，この臨界固有関数を初期近似解として経路追跡法により非線形分岐解を決定して，流れの非線形発展における分散体の役割を明らかにすることである．