粉体系と液体系における重力不安定化現象の普遍性解明

阐明粉末和液体系统中重力失稳现象的普遍性

基本信息

批准号：
20K14379
负责人：
小林和也
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nippon Institute of Technology (2022)Tokyo University of Agriculture and Technology (2021)Tokyo Metropolitan University (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題は，粉体（例えば砂など）を空気中や液体中で沈降させた際に見られる重力不安定性現象に関して，実験研究を中心に取り組んでいる．このような重力不安定性現象は，液体-液体系ではレイリー・テイラー不安定性として知られており，これまで理論的・実験的研究によって様々な性質が明らかになっているが，液体-粉体においてはあまり理解が進んでいない状況である．本研究では，固体状態（ゲル）と液体状態（ゾル）に加熱や冷却によって可逆的に転移することができる物理ゲルの性質に着目し，粉体の沈降挙動との共通性を詳細に調査することによって，複雑な粉体のダイナミクスを明らかにする．本年度は，昨年度までに改良を加えた充填率制御可能な実験セットアップにさらに一部改良を加えながら，継続使用することで実験を行った．実験では特に粉体粒子の形状に着目した．これまで使用してきた粉体粒子の形状は均一ではなく，この影響については未検討であった．そこで，新たに粒子形状が比較的均一であるガラスビーズを用いて実験を行った．本年度においては，まだ複数の粒径における調査は実施することはできていないが，今回実施した範囲内において，充填率などを変化させながら，多くの定量的データを得ることに成功している．今後，幅広い粒径範囲にて実験を行う計画である．これらの結果については，次年度において論文の執筆・投稿を計画している．さらに，実験の過程で，新たに興味深い粉体流動現象を発見した．この現象は本課題とも大きく関連することから，次年度において並行して研究を進める計画である．また，これらの実験成果については，順次論文としてまとめる計画である．

该项目的重点是当粉末（例如沙子）在空气或液体中沉降时发生的重力不稳定现象的实验研究。这种引力不稳定现象被称为液-液系统中的瑞利-泰勒不稳定性，通过理论和实验研究已经阐明了各种性质，但这种情况还不是很清楚。在这项研究中，我们重点关注通过加热和冷却可以在固态（凝胶）和液态（溶胶）之间可逆转变的物理凝胶的性质，并详细研究其与粉末沉降行为的相似性。我们阐明了复杂粉末的动力学。今年，我们继续沿用去年改进后能够控制填充率的实验装置进行实验，并做了一些进一步的改进。在实验中，我们特别关注粉末颗粒的形状。迄今为止使用的粉末颗粒的形状并不均匀，并且尚未研究这种效果。因此，我们使用颗粒形状相对均匀的玻璃珠进行了实验。截至今年，我们还无法对多种粒径进行调查，但在本研究范围内，我们在改变填充率和其他因素的情况下成功获得了大量定量数据。未来，我们计划在广泛的粒径范围内进行实验。我们计划在明年撰写并提交一篇关于这些结果的论文。此外，在实验过程中，我们发现了一种新的有趣的粉末流动现象。由于这一现象与本课题密切相关，我们计划明年进行并行研究。我们还计划将这些实验的结果陆续汇编成论文。