微小重力環境における液柱マランゴニ対流の不安定性に関する研究

微重力环境下液柱马兰戈尼对流不稳定性研究

基本信息

批准号：
13J02728
负责人：
矢野大志
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は高プラントル数液柱における温度差駆動マランゴニ対流の不安定性と流動構造について明らかにすることを目的とするものであり，本年度は以下の成果が得られた．(1)2008年～2013年に行われた宇宙実験（テーマ略称「MEIS」）で得られた実験データについて，3-D PTVを用いた解析を行い，マランゴニ対流が不安定化すると，渦構造がHydrothermal Wave（液柱表面に生じる局所低温領域）とともに液柱軸方向に伝播することを確認した．渦構造の伝播方向は，Pr=67の場合，ARが1.25以下では高温側から低温側，ARが1.50以上では低温側から高温側であることがわかった．また，Pr=207の場合，ARによらず伝播方向が高温側から低温側であることがわかった．ここで，Prは作動流体のプラントル数，ARは液柱のアスペクト比（液柱高さ/ディスク直径）である．(2)地上実験において，さまざまな液柱形状でマランゴニ対流の振動流遷移条件，振動モードを計測した．液柱形状がマランゴニ対流の不安定性に及ぼす影響を整理するため，（気液界面長さ/液柱ネック径）で定義されるSDRを提案した．SDRは地上実験のみならず，宇宙実験に対しても有効であり，これを用いることで液柱形状がマランゴニ対流の不安定性に与える影響がより詳細に明らかになった．(3)2014年～2015年に行われた宇宙実験（テーマ略称「Dynamic Surf 2」）において，微小重力環境における多くの重要な実験データが所得された．液柱マランゴニ対流に関する宇宙実験は，国際宇宙ステーション日本実験棟「きぼう」における初の科学実験として始まった大規模プロジェクトである．本研究は，そのデータ解析の多くを担うものであり，本研究で得られた成果は今後の液柱マランゴニ対流研究を進めるうえで非常に重要であるといえる．

这项研究旨在阐明在高prandtl数量液柱中，温度差异驱动的marangoni对流的不稳定性和流动结构，今年获得了以下结果。（1）我们使用3-D PTV对2008年至2013年之间进行的空间实验（主题缩写为“ Meis”）获得的实验数据进行了分析，并确认，当Marangoni对流变得不稳定时，涡流结构在液体柱轴上在液体柱中传播，而液体柱与水热区域（当地的低温区域）在液体波动区域（液态列的液体表面）。当AR为1.25或以下时，发现涡流结构的传播方向是从高温侧到低温侧，当AR为1.50或更多时，从低温侧到高温侧。此外，当PR = 207时，发现传播方向是从高温侧到低温侧的，无论AR如何。在这里，PR是工作流体的pRANTL的数量，AR是液体柱（液柱高/圆盘直径）的纵横比。（2）在地面实验中，在各种液体柱形状中测量了Marangoni对流的振荡流过渡条件和振动模式。为了组织液柱形状对Marangoni对流不稳定性的影响，我们提出了一个由（气液界面长度/液柱直径）定义的SDR。 SDR不仅对于地面实验，而且对于太空实验都是有效的，并且通过使用此功能，液体色谱柱形状对Marangoni对流的不稳定性的影响已更详细地阐明。（3）在2014年至2015年之间进行的太空实验（主题缩写为“动态冲浪2”），在微重力环境中获得了许多重要的实验数据。液体柱上的太空实验Marangoni对流是一个大型项目，该项目始于国际空间站日本实验大楼Kibo的第一个科学实验。这项研究负责许多数据分析，从这项研究中获得的结果在未来对液体柱对流的研究中极为重要。