微小重力環境下での粉体系における乱流化現象とその統計則の解明

微重力环境下粉体体系湍流现象及其统计规律的阐明

• 批准号: 16740221
• 负责人: 礒部 雅晴
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 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: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16740221/
• 关键词: 微少重力; 粉体; 流体乱流; 統計測; 粉体振動層; 分子動力学法; 非平衡統計物理学; 剛体; 微小重力; 統計則; 剛体球

微小重力環境下における粉体気体(Granular Gas)の基礎研究は、例えば微惑星上における粉体の流動化やパターン形成を工学的に利用するといった次世代の宇宙産業に直結する重要な研究課題であると同時に、「不可逆過程の統計力学」を推進するプロトタイプとして理論的発展が大きく期待できる。このような観点から、微小重力環境における粉体気体の応答や統計則に関する研究を行なった。(a)無重力環境の粉体気体と流体乱流との類似性を理論解析やシミュレーションにより精密化させた。2次元自由減衰非弾性剛体球(粉体気体)モデル2次元ナビエストークス乱流との類似点に着目し大規模数値シミュレーションを実行した,低密度でエンストロフィーカスケード、高密度の最終アトラクター状態で2次元乱流におけるBose凝縮様な現象が生じることを数値的に示した。無重力環境におけるこれらの結果は、乱流の起源に迫るひとつの方法論を与える重要な意義を持っている。これらの成果は、ドイツで行なわれた粉体の国際会議(2005.7)で発表した。(b)粉体同士の微視的な衝突則と微小重力場の関係を系統的に研究するため、振動板に駆動された粉体層(粉体振動層)の非平衡定常状態においてスケール不変な非平衡パラメーターを考察した。これらの系は従来、重力定数は加速度振幅と呼ばれる無次元パラメーターでスケールされると考えられてきた。しかし現実には、粉体は衝突速度により反発係数が連続的に変化するため、微小重力場では粉体の反発係数は弾性衝突に近くなり、粉体層の巨視的物理量や動的性質に影響を与える。シミュレーションの結果、一定反発係数(人為的に作成した)を使った過去の文献の延長線上(線形結合)では説明がつかず、複雑な協同現象が巨視的物理量に定量的な影響を与えることがわかった。また、一定反発係数を包括する速度依存型反発係数に拡張されたスケーリング則の模索をした。このような定量的予測は、粉体振動層を宇宙産業へ工学的利用する際に重要な基礎となると考えられる。また「微小重力環境に拡張された非平衡パラメーター」探索は粉体振動層の基礎研究のみならず不可逆過程の統計力学の発展としても期待できる。これらの成果は、物理学会(2005/3,9,2006/3)、数理解析研研究会(2005/11)で発表し、現在論文としてまとめている。

Basic research on Granular Gas in microgravity environment is an important research topic for engineering application of fluidization and formation of granular gas in microgravity environment. Meanwhile, the theoretical development of "statistical mechanics of irreversible processes" is expected. The research on the analysis and statistics of powder particles in microgravity environment is carried out. (a)Theoretical analysis of similarity between powder and fluid turbulence in gravity-free environment 2-D Free Decay Non-rigid Sphere (Powder) 2-D Turbulence and Analogous Point (s The results of gravity free environment, the origin of turbulence and the significance of methodology The results of the International Conference on Powders (July 2005) were presented. (b)Weishi app is a systematic study of the relationship between the powder and the microgravity field. This is the opposite of gravity. It's acceleration amplitude. It's dimensionless. In the case of powder, the reaction coefficient of the collision velocity of the powder is related to the change of the reaction coefficient of the powder in the microgravity field. In the case of powder layer, the macroscopic physical quantity and the dynamic property are affected. The results of the study, certain reflection coefficient (artificially created), make the past literature on the wiring board (linear combination), explain the phenomenon of complex coordination, and quantitative influence of macroscopic physical quantities. A certain reflection coefficient includes a speed-dependent reflection coefficient. The quantitative prediction of the powder vibration layer is an important basis for the utilization of the cosmic industry and engineering. "Non-equilibrium in microgravity environment" explores the fundamental research of powder vibration layer and the development of statistical mechanics of irreversible process. The results of this paper were published by the Institute of Physics (March 2005, September 2006, March 2006) and the Institute of Mathematical Analysis (November 2005).

项目成果

Two-Dimensional Turbulence in Granular Gases

颗粒气体中的二维湍流

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings in Powaers and Grains 2005 (Garcia-Rojo, Herrmann and McNamara(eds))
• 作者: 落合昭紀;別所賢;礒部雅晴;M.Isobe
• 通讯作者: M.Isobe

2次元粉体気体の乱流化とエネルギースペクトル

二维粉末气体的湍流和能谱

• 发表时间: 2005
• 期刊: 京都大学数理解析研究所講究録 1413
• 作者: 落合昭紀;別所賢;礒部雅晴;M.Isobe;礒部 雅晴
• 通讯作者: 礒部 雅晴

微小重力下における粉体気体の統計的性質

微重力下粉末气体的统计特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: 京都大学数理解析研究所講究録 1472
• 作者: 落合昭紀;別所賢;礒部雅晴
• 通讯作者: 礒部雅晴