電気流体力学におけるトポロジカルの乱流の発生機構と性質

电流体动力学中拓扑湍流的产生机制及性质

基本信息

批准号：
04640372
负责人：
甲斐昌一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

電気流体力学的不安定性におけるトポロジカルな乱流は二種類あり、最近、発見・研究されるようになった。一つは欠陥乱流で、対流発生分岐点近傍で観測される弱い乱流である。これは、周期構造中に欠陥が発生し、対生成消滅を不規則にくり返す現象である。この場は周期位相場内に発生した欠陥場として考えられるが、欠陥場のみを取り出すことによった逓減法では、記述が不可能であることが分かった。その理由は電気対流系では位相場と欠陥場が結合しており、切り離せないためである。この結果、実験的に観測される1/fスペクトル→ホワイトスペクトルへの遷移のメカニズムや、アスペクト比依存性は、まだ十分理解されていない。また、欠陥乱流発生に関して、ジグザグ不安定性が重要であり、一方、スキュードバリコースとジグザグ不安定性が同時に生じると、一般に周期構造を経づに欠陥乱流に転移すること、スキュードバリコースがジグザグ不安定性よりも先に不安定となる場合には新しい秩序構造、欠陥格子が発生することなどが観測された。現在これらの再検討を行なっている。一方、もう一つのトポロジカル乱流は十分に発達した乱流に生じる乱流-乱流転移に伴って発生する。これは、ディスクリネーション乱流と呼ばれ、液晶の配向特異線が流体場と結合することによって生じる特殊な乱流である。この乱流では次のような性質が実験的に観測されている。(1)ディスクリネーションの密度が新しい乱流の秩序度である。(2)ポテンシャル的な運動をする。(3)分岐現象が不完全型として分類される。(4)発達途中で双安定状態を示し、最終的に単安定へ収束する,いわゆる過渡双安定性を示す。(5)この双安定性は分岐点近傍のみで観測される。(6)液体超流動ヘリウムに見られる量子渦乱流の乱流-乱流転移とよい類似性を示す。以上のような事実が得られているが、その解明は今後の問題として残された。

最近发现并研究了电流体动力学不稳定性中的两种类型的拓扑湍流。一种是缺陷湍流，即在对流分支点附近观察到的弱湍流。这是周期性结构中出现缺陷并且配对不规则地产生和湮灭的现象。该场可以被认为是在周期性相场内产生的缺陷场，但是已经发现不可能使用仅提取缺陷场的递减方法来描述它。其原因在于，在电对流系统中，相场和缺陷场是耦合的且无法分离。因此，实验观察到的从 1/f 光谱到白色光谱的转变机制以及纵横比依赖性仍不完全清楚。此外，Z字形不稳定性对于缺陷湍流的产生很重要，另一方面，当偏斜变流和Z字形不稳定性同时发生时，通常观察到当不稳定性发生时，它通常会转变为缺陷湍流。在锯齿状不稳定之前，会生成新的有序结构和有缺陷的晶格。这些目前正在重新考虑。另一方面，另一种类型的拓扑湍流与完全发展的湍流中的湍流-湍流转变一起发生。这称为向错湍流，是液晶取向奇线与流体场结合而引起的一种特殊湍流。已通过实验观察到该湍流的以下特性。 (1) 向错密度是一种新的湍流有序程度。 (2) 进行势能运动。 (3)分叉现象属于不完全型。 (4)在发展过程中表现出双稳态，最终收敛到单稳态，即所谓的瞬态双稳态。 (5) 这种双稳态仅在分叉点附近观察到。 (6)与液态超流氦中观察到的量子涡流湍流的湍流-湍流转变具有良好的相似性。尽管已经获得了上述事实，但它们的阐明仍然是未来的问题。