マランゴニ対流の不安定性とその温度境界条件への感受性に関する研究
马兰戈尼对流不稳定性及其对温度边界条件的敏感性研究
基本信息
- 批准号:04F04083
- 负责人:
- 金额:$ 1.54万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for JSPS Fellows
- 财政年份:2004
- 资助国家:日本
- 起止时间:2004 至 2005
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
本研究は、温度差を有するロッド間に形成される液柱に生じる温度差駆動の表面張力流(マランゴニ対流)を対象として、その熱対流不安定性を数値シミュレーションによって明らかにすることを目的とする。特に、気液界面での温度境界条件の影響に着目し、液柱内部の対流と周囲気体流動とを連成させた数値解析を実施することにより、実験的に明らかにされつつある表面張力流不安定性の温度境界条件への鋭敏な感受性を明らかにすることを目的とする。ロッド直径は5mm、ロッド間隔は2.5mm、作動流体は5cStのシリコーンオイルである。得られた研究成果は次の通りである。(1)数値解析方法の確立:有限体積法に基づく数値解析方法を採用し、計算格子依存性、自由流入流出境界条件の影響、物性値の温度依存性などを検討した。過去に行われた周囲気体流動の速度場・温度場の計測結果と比較することにより、数値解析結果の妥当性を確認した。(2)周囲気体流動が熱損失に与える影響の評価:周囲気体流動の影響を検討するため、仕切り板の有無と重力の有無を組み合わせた4つの条件について数値解析を実施し、液柱内部と周囲気体の速度場・温度場を明らかにすると共に、気液界面における熱移動(熱損失or熱入力)の大きさを定量化した。その結果、通常重力下で仕切り板によって周囲気体流動を抑制すると熱移動が減少し、微小重力下におけるそれとほぼ等しくなることを見出した。このことは仕切り板を用いた地上実験が微小重力実験の良いシミュレーションになることを意味する。(3)表面張力流不安定性の発現条件の実験的検討:仕切り板を設置した地上実験において表面張力流不安定性が発現するロッド間温度差を実験的に調べた。液柱体積比を0.8〜1.1の範囲で変化させてデータを取得した。その結果、仕切り板を設置することによって臨界温度差が上昇し、表面張力流が安定化することを明らかにした。
In this study, the temperature difference caused by the formation of liquid column, the temperature difference caused by the surface tension flow (flow), and the thermal instability caused by the temperature difference were studied. In particular, the influence of temperature boundary conditions on gas and liquid interface is important, and the numerical analysis of the flow in the liquid column and the flow in the liquid column is carried out. The diameter of the rod is 5mm, the distance between the rods is 2.5 mm, and the actuating fluid is 5 cSt. The results of this research have been achieved. (1)Establishment of numerical value analysis method: finite volume method, basic numerical value analysis method, calculation of lattice dependence, influence of free inflow and outflow boundary conditions, temperature dependence of physical properties, etc. Comparison of measurement results of velocity field and temperature field in the past and validation of numerical analysis results (2)Evaluation of heat loss and influence of circumferential fluid flow: The influence of circumferential fluid flow is discussed, and the existence of gravity and the existence of gravity are combined. The numerical value analysis is carried out. The velocity field and temperature field of circumferential fluid in the liquid column are changed. The heat transfer (heat loss or heat input force) is quantified at the liquid interface. As a result, heat transfer is reduced in normal gravity and reduced in microgravity. This means that the earth is moving in the direction of gravity. (3)Discussion on the conditions for the occurrence of surface tension flow instability: the adjustment of the temperature difference between the surfaces during the surface tension flow instability The range of liquid column volume ratio from 0.8 to 1.1 is changed to obtain the optimum solution. As a result, the critical temperature difference increases and the surface tension flow stabilizes.
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effect of Heat Loss on Marangoni Convection in a Liquid Bridge
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- DOI:
- 发表时间:2005
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Koichi Nishino;Shaligram Tiwari
- 通讯作者:Shaligram Tiwari
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- DOI:
- 发表时间:2005
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Shaligram Tiwari;Koichi Nishino
- 通讯作者:Koichi Nishino
Numerical simulation of heat loss to surrounding air for Marangoni convection in a liquid bridge of high Prandtl number fluid
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- DOI:
- 发表时间:2005
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Koichi Nishino;Shaligram Tiwari
- 通讯作者:Shaligram Tiwari
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