熱音響振動系における時空カオスの実験的研究

点击翻译按钮获取中文摘要

スタックにより温度勾配を持つ細管内の気柱はある条件のもとで不安定となり気柱振動を引き起こす。非線形非平衡系の特徴的な現象であり熱音響振動と呼ばれている。最近米国を中心としてこの現象は冷凍機への応用性やまた豊富な非線形現象のため大いに注目を集めている。この音響振動は適当な条件の下で非周期的となりカオスを示す。私の研究目的はこの非周期的振動の時空構造を実験的に明らかにすることである。気柱の管壁に半導体小型圧力変換器を64カ所設置し、同時にA/D変換を行いこの振動の時空構造を捉える。さらに振動流体の特徴を正確に理解するために管の中心の速度をレーザー流速計を用いて測定し圧力との位相差を決定した。また2次流速(または音響流)を観測するために400mWのアルゴンレーザーを用いて振動流体の可視化(ラグランジュ計測)を行った。以下に現在までに明らかになった実験事実を示す。非線形現象を正確に捉えるためにまず線形で議論できる範囲を実験的に示し理論との整合性を示した。管の軸方向に沿った圧力分布および速度分布は定在波のそれに匹敵し特に温度勾配のある場所では速度に異常(飛び)が現れることを示した。またスタックから熱流と仕事流との間のエネルギー変換によって流れ出す音響エネルギー流速を実験で決定できた。定在波の特徴であるスタックからのエネルギーの“emission"が観測されその空間的分布はSwiftの線形熱音響理論と定量的に一致する結果であった。また可視化によって得られた音響流の作る流れの構造は初期にRayleighによって予言された渦構造と一致した。現在までに予備的な実験は全て完了し非線形への取り組みがなされている。