液柱内マランゴニ対流における動的粒子集合(PAS)及びカオス化過程の研究

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粒子集合現象(PAS)のうち,粒子がひも状に集合するSpiral loop PAS (SL-PAS)に関して,以下に示す成果を得た.(1)小型ロケットを用いた宇宙実験結果の解析と地上実験との比較PAS発生に対する重量の影響を調べるため,昨年度11月,Sweden (Kiruna)において小型ロケットMAXUS-6を用いた微小重力実験を実施した結果,微小重力下におけるモード(m)=3及び2のSL-PASの存在を始めて見出している.このとき得られた画像データを解析し宇宙実験におけるSL-PASの三次元的構造を再構築することに成功した.またこれを同条件の地上実験結果と比較することにより,地上実験と宇宙実験におけるSL-PASの差異を見出した.また,宇宙実験ではアスペクト比を変化させる過程でしか観察されなかったm=2におけるSL-PASに関して,地上実験結果と比較することにより,今後行われるISS実験につながる有意な考察を得た.これらの結果は,ヨーロッパ微小重力学会および日本微小重力応用学会で発表した。(2)TS-PASの発生必要条件実験により得られたSL-PAS上の個々の粒子の挙動,数値シミュレーションによる自由表面の温度伝播及び液柱内部の周方向回転成速度成分と比較することにより,SL-PASの発生には自由表面上のマランゴニ効果と液柱内部を一巡する周方向流れの発現が不可欠であることを見出した.これまでの結果とあわせ,SL-PASの研究成果をPhysics of Fluidsに発表した.(3)様々な粒子集合液柱径,試験流体を変化させることによって,これまで発見している粒子集合に加えて,新しい粒子集合を捕らえることに成功した.