Experimental Study on Transport Phenomena of Spatiotemporal Chaos Using Nematic Electroconvection

向列电对流时空混沌输运现象的实验研究

基本信息

批准号：
22K03469
负责人：
日高芳樹
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまで、液晶電気対流の時空カオスに混入した微粒子の運動を観測することによって、乱流拡散の性質を明らかにしてきた。今年度はさらに、時空カオスの1つであるソフトモード乱流に混入した微粒子に外力を加えることによって、易動度を測定した。通常のブラウン運動とは異なり、易動度は外力の大きさに依存した。この現象を、ランジュバン方程式とのアナロジーにより考察し、外力によって流れからのずれが生じるため、媒質の粘性の影響が変化することによって起こることを明らかにし、この影響を定量化した。ソフトモード乱流の対流構造の時間変化を測定し、流体の非線形性を変えるプラントル数に相当する実験パラメーターである印加電圧の周波数を変化させることによって、時間相関関数の関数形がどのように変わるかを調べた。その結果、低周波では空間構造が全体的に変化するのに対し、高周波では全体的な構造を保ったまま、内部で揺らぎが生じていることを明らかにした。また、この相違の発生機構を、ソフトモード乱流の理論モデルであるロスバーグ方程式を用いて考察した。液晶電気対流の時空カオスの1つである欠陥乱流による拡散の性質が、現象の観測の時間的細かさである粗視化時間を変えることにより、優拡散 → 劣拡散 → 通常拡散と変化することの機構解明を、理論モデルの数値計算によって試みた。その結果、対流ロールの振動する系で同様の拡散が現れることを確認し、振動対流系に普遍的な性質であることを明らかにした。液晶電気対流の準1次元系で生じる時空カオスである、角度偏向振動の理論モデルの作成を試みた。この振動が、液晶配向と対流ロールの向きに関する一種の反応拡散系であることに注目し、対流ロールが液晶配向と垂直になる電気対流効果と、液晶配向が対流から受ける粘性トルクという相反する効果によるフラストレーションによって生じることを明らかにした。

到目前为止，通过观察液态晶体电流的时空混乱中混合的细颗粒的运动来阐明湍流扩散的性能。今年，我们还通过将外力施加到以软模式湍流（一种时空混乱）为混合的细颗粒来测量迁移率。与正常的布朗运动不同，迁移率取决于外力的大小。通过与兰格文方程的类比来检查这种现象，并揭示了当介质的粘度变化时，随着外力导致流动偏差，并且对此效果进行了量化。测量了软模式湍流对流结构的时间变化，以及时间相关函数的功能形式如何通过更改施加电压的频率而变化，这是一种实验参数，与PRANDL数字相对应，以改变流体的非线性。结果，据表明，尽管空间结构在低频率下的总体变化，但在高频下，在结构内部发生了波动，同时保持整体结构。还使用Rothsberg方程（一种软模式湍流的理论模型）检查了产生这种差异的机制。我们试图阐明由缺陷湍流引起的扩散特性，湍流是液晶电触电的时空混乱之一，从上扩散到下部扩散到正常扩散，从而改变了粗粒度，这是现象观察的时间偏好度。结果，已经证实在对流卷的振动系统中出现了类似的扩散，并揭示了它是振动对流系统的通用特性。我们试图创建一个角度偏转振动的理论模型，这是在液晶电透射式液体晶体电位的准二维系统中发生的时空混乱。我们注意到，这种振动是一种与液体晶体对齐和对流滚动取向相关的一种反应扩散系统，很明显，由于电反射效应的矛盾效应而引起的，使对流滚动垂直于液体晶体对齐，并从液体晶体旁边进行矛盾的效应，从而垂直于液体晶体效应。