気泡を含む超高粘度流体のダイナミクス

含气泡超高粘度流体动力学

基本信息

批准号：
19656047
负责人：
亀田正治
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

気泡を含む流体に関する多分野融合問題,具体的には,噴火様式を決定付ける要因とされる「マグマの破砕」現象の解明に取り組んだ.研究手法には,高い再現性と可視化撮影の実現性を重視して「マグマ模擬材料による常温室内実験」を採用した.模擬材料は,「水あめ」に過酸化水素水と二酸化マンガンを加え,触媒反応により酸素気泡を得たものである.この模擬材料は,マグマの持つ特徴である「超高粘度」「高剛性」「Maxwell型粘弾性」を併せ持ち,発泡マグマと同様に直径数10μmの気泡を大量に含んでいる.また,粘度,ボイド率も幅広い範囲で調整ができる.実験では,減圧による発泡材料の破砕過程を高速度撮影により詳しく調べた.その結果,十分固体的な状態におけるマグマの破砕は,破砕に必要な臨界差応力に達する時間tdecが特性をつかさどることを見出した.また,材料の固体流体遷移を支配する緩和時間trとの比(デボラ数: tr/tdec)を指標として,破砕に必要な臨界差応力に対するレオロジーの影響を詳しく調べた結果,臨界デボラ数(10)以上では,差応力はほぼ一定になること,また,臨界デボラ数を下回ると,次第に差応力が大きくなることが分かった.つぎに,減圧開始から破砕にいたるまでの時間tfに対するレオロジーの影響を評価したところ,デボラ数に反比例することがわかった.さらに,その最小値は減圧特性時間tdecによって,その最大値は,材料内の気泡が膨張を開始する特性時間tvに支配されることが分かった.これまでの成果を取りまとめたものを,雑誌論文2編,図書1巻として公表した

我们致力于与含有气泡的流体相关的多学科问题，特别是阐明“岩浆破裂”现象，该现象被认为是决定喷发类型的因素。研究方法包括高再现性和可视化摄影的可行性。强调该模拟材料是在淀粉糖浆中添加过氧化氢和二氧化锰，通过催化反应产生氧气泡而制成的。“超高粘度”“高刚性”“Maxw”。具有ELL型粘弹性，并含有大量直径为几十微米的气泡，类似于泡沫岩浆。此外，粘度和空隙率可以在较大范围内调节。在实验中，泡沫的破碎过程了解有关高速摄影的更多信息结果，我们发现充分固态下岩浆破裂的特征是由达到破裂所需的临界差应力所需的时间 tdec 决定的。此外，松弛时间 tr 控制着固液转变材质，决定特性（黛博拉数：以tr/tdec)为指标，详细研究了流变性对断裂所需的临界差应力的影响，发现在临界德博拉数(10)以上、在临界德博拉数以下，差应力几乎恒定。发现应力差随着逐渐增大。我们评估了流变性的影响，发现它与德博拉数成反比。而且，其最小值受特征减压时间tdec支配，其最大值受材料中气泡开始膨胀时的特征时间tv支配。迄今为止获得的结果已发表在两篇期刊文章和一本书中。