輸送現象の連結的不安定性問題の概念の構築

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輸送現象における複雑系の連結(流動と反応の複雑系の連結)として、(1)初期の目的どおりの回転円盤流動系における銅イオンの限界電流状態での電極反応実験、(2)テイラー渦流のカオスと自己触媒型反応(B-Z反応)の化学振動との連結の流動系反応実験、(3)反応場となるテイラー渦流の流動遷移の分岐現象と軸方向混合特性の流動・物質移動実験を試みた。1.回転円盤上に埋め込んだ銅製矩形局所陰極に銅イオンが放電する電流密度の時間変動を観察することにより、回転円盤上の境界層の発達、流動遷移の一応の結果を得た。しかし、回転円盤の不安定性と反応および流動とのカップリングによる非線形現象の連結効果を確認するには至っていない。今後、研究を進めて行きたい。2.自己フィードバック性を素過程に有するB-Z反応をCSTRで行い、その下流に非線形性の強いテーラー渦流反応器(TVFR)を連結して、B-Z反応の化学振動に対する流体カオスのカップリング効果を観察した。CSTRで動的平衡状態のB-Z反応液をTVFRに供給した場合、TVFR内では安定した単一ピーク振動となった。CSTRで単一ピーク振動状態のB-Z反応液をTVFRに供給した場合、TVFR内では単一ピーク振動に類似した化学振動を呈するが、流れ方向濃度勾配拡散と局所ミクロ混合が影響して不安定になることが明らかになった。3.TVFRの流動の不安定性と混合特性については環状部流動域のアスペクト比と定常操作に至るスタートアップにおける履歴性と再現性が重要なポイントであり、低レイノルズ数領域では分岐現象に強い履歴性があること、流体カオスが発生する高レイノルズ数になると履歴性は弱くなること、軸方向混合特性(軸方向有効拡散)においてバリアーとなる渦境界の波動の効果を見いだした。