流体の臨界点近傍における温度擾乱伝搬と対流不安定性に関する研究

流体临界点附近温度扰动传播与对流不稳定性研究

• 批准号: 01J00342
• 负责人: 石井 孝治
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J00342/
• 关键词: 臨界点; ピストン効果; 対流不安定性; 熱伝達率

流体の臨界点近傍では,比熱や圧縮率など物性値が大きく変化する.比熱の増大により熱はほとんど伝わらないと考えられていたが,現在では,波動により伝搬されることが知られている.しかしながら,熱伝搬に関する詳細な解析や重力場中における対流不安定性について,あまり解明されていないのが現状である.本研究では,臨界点近傍の流体中での温度擾乱伝搬と重力場中における対流不安定性について実験を行い,きらに数値解析を行っている.本研究では,臨界点近傍CO2が封入された水平流体層を下面から加熱した実験を行った.ここで,昨年度は落下等を用いた微小重力実験も行った.また,この問題に関して,流体力学的不安定性を考慮した固有値方程式を導出し,理論的考察を行った.さらに,エントロピーの圧力依存性を含めたエネルギーの式を用い数値シミュレーションを行った.本年度は,昨年度行われた微小重力実験や地上実験をもとに,臨界点近傍流体中における熱伝搬と対流不安定性に関する総合的な考察を行った.その結果,以下の結論を得た.(1)臨界点近傍流体中では,熱はピストン効果と呼ばれる波動により伝搬し,地上では浮力対流の影響が大きい.(2)地上において臨界点近傍流体を下面から加熱した場合にお発生する不安定性では,臨界点に近づくに伴いその発生波数は大きくなり理論解析と定性的に一致する.(3)臨界点近傍流体を加熱した場合に形成される温度境界層により無次元化すると,対流不安定性をうまくまとめることが可能となり,小さなRaで不安定が発生することがわかった.(4)臨界点近傍流体を熱伝達の媒体としてみた場合,熱伝達率は臨界点に近づくに従い大きくなる.(5)熱伝達率の増大は,本研究で作成した数値計算プログラムにより得られた結果とほぼ一致した.

Near the <s:1> critical point of the fluid, there is で, specific heat や, compression rate な, <s:1>, physical property value が, large <s:1> く change する. Heat の raised large に よ り hot は ほ と ん ど 伝 わ ら な い と exam え ら れ て い た が, now で は, volatility に よ り 伝 move さ れ る こ と が know ら れ て い る. し か し な が ら, hot 伝 move に masato す る detailed analytical や な gravity field in に お け る flow seaborne labile に つ い て, あ ま り interpret さ れ て い な い の が status quo で あ る. This study で は, critical point in nearly alongside の fluid で の temperature disrupt 伝 move と gravity field in に お け る flow seaborne labile に つ い て be 験 を い, き ら に line the numerical analytical を っ て い る. This study で は, critical point nearly alongside さ sealed CO2 が れ た level below the fluid layer を か ら heating し た be 験 を line っ た. こ こ で, yesterday sets annual は い を in small gravity be た 験 も line っ た. ま た, こ の problem に masato し て, fluid mechanics unrest を consider し た inherent numerical equations derived を し, theory of line inspection を っ た. さ ら に, エ ン ト ロ ピ ー の pressure dependency を containing め た エ ネ ル ギ ー の type を with い the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. は this year, yesterday's annual line わ れ た small gravity be 験 や the ground be 験 を も と に, critical point nearly alongside fluid に お け る hot 伝 move と flow seaborne labile に masato す る 総 な investigation of line を っ た. そ の as a result, the following conclusion の を た. (1) critical point nearly alongside fluid で は, hot は ピ ス ト ン unseen fruit と shout ば れ る fluctuations に よ り 伝 move し, the ground で は float Flow の polices influence が potent き い. (2) the ground に お い て point nearly alongside fluid を below か ら heating し た occasions に お 発 raw す る labile で は, critical point に nearly づ く に with い そ の 発 wave number は big き く な り consistent theoretical analytic と qualitative に す る. (3) critical point nearly alongside fluid heating を し た occasions に form さ れ る temperature boundary layer に よ り no time (す る と, flow seaborne labile を う ま く ま と め る こ と が may と な り, small さ な Ra で unrest が 発 raw す る こ と が わ か っ た. (4) critical point about alongside fluid thermal 伝 を の media in total と し て み た occasions, hot 伝 は point of rate に nearly づ く に 従 い big き く な る. (5) hot 伝 rate の raised large は, this study で made し た the numerical program To calculate プログラムによ プログラムによ, we get られた. The results are とほぼ consistent and た た.

项目成果

T.Maekawa: "Convective Instabilities Induced in a Critical Fluid"Adv. Space Res.. 29, 4. 589-598 (2002)

T.Maekawa：“临界流体中引起的对流不稳定性”Adv。

Shito: "Convective instabilities induced in a supercritical fluid under terrestrial gravitational condition"Extended abstract, The 3rd International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems. 1. 54 (2003)

Shito：“地球引力条件下超临界流体中引起的对流不稳定性”扩展摘要，第三届复杂系统慢动力学国际研讨会。

白石善紀: "超臨流体中の対流発生"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 279-280 (2003)

Yoshiki Shiraishi：“超临界流体中的对流产生”第 40 届日本传热研讨会论文集。1. 279-280 (2003)。

T.Maekawa: "Universality in Convective Instabilities Induced in Critical Fluids"Proc. of The 12th International Heat Transfer Conference. 483-488 (2002)

T.Maekawa：“临界流体引起的对流不稳定性的普遍性”Proc。

T.Hiejima: "An experiment on flow instability of near critical fluid using drop tower"Proc. of the 18th Japan Microgravity Application Conference. 72 (2002)

T.Hiejima：“使用落塔进行近临界流体流动不稳定性实验”Proc。