高速レーザースペックル法による発熱反応にともなうレーリーテーラー不安定性の解明

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高さ100mm×幅50mm×奥行き1mmのHele-Shaw Cellを用いて中和反応実験を行った.Hele-Shaw Cellは,2段に分かれており,まず,下層側に,所定のモル濃度(C=10.0,8.0,6.0,4.0mol/l)のNaOH水溶液を注入し,上層側を少しずらして,所定のモル濃度(C=1.0mol/l)のHC1水溶液またはCH3COOH水溶液を注入した。上層溶液および下層溶液の初期温度を20±0.5℃で一定とし,上部のアクリルを元の位置に戻して中和反応を起こさせた.密度分布測定は次のように行った.アルゴンイオンレーザーをすりガラスに照射し,レーザースペックルパターンを生成させ,そのパターンを平凸レンズにより平行光にし,Hele-Shaw Cellを通過させた.そのスペックルパターンを別の平凸レンズにより集光させ,高速度カメラで撮影した.反応開始後30分間の動画を撮影し1秒間隔で静止画に編集した.次に,これらの連続静止画像から,PIV法を用いてスペックルパターンの移動量分布を求め,フェルマーの定理を用いて,屈折率分布に変換した.さらに,予備実験で得た屈折率-密度相関式を用いて液相内の密度分布を求めた.なお,本手法により,0.01kg/m3レベルの密度変化までとらえることが可能である.本実験の妥当性については,反応がない系において,理論による密度分布と比較した結果,相対誤差が1%以下で一致することがわかった.本年度は,レーザースペックル法を利用して,液相反応中の密度分布の時系列データの取得に成功した