密度成層化した2液層の不安定化に伴う特異対流発生のメカニズムに関する研究

两层密度分层液层失稳引起的奇异对流机理研究

• 批准号: 11875052
• 负责人: 棚澤 一郎
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11875052/
• 关键词: 密度成層; ロールオーバー; 対流不安定; 自然対流; 容器内対流; 逆転層; 熱伝達; 2重拡散対流; 熱・物質移動

本研究は、初め容器内で安定な成層を形成していた密度を異にする2液層が、容器壁を通しての外部からの熱の侵入、2液層界面での熱・物質移動、および上層自由液面からの蒸発などによって不安定化し、ついには上下層の混合に至る現象、すなわちロールオーバー現象の発生メカニズムの解明を最終的な目標とするものである。とくに、ロールオーバー発生の要因の一つである鉛直側壁面に沿う上昇流の、下層液から上層液への貫入現象に着目し、初期には貫入が上下液層の境界面で一様には起こらず、一定の間隔をもった筋状の上昇流が観察されるという特異な現象の発生条件とその流体力学的メカニズムの解明を目的とするものである。本研究では、アクリル樹脂製の直方体容器内に濃度の異なる食塩水により密度成層を形成させ、容器の鉛直壁の一つを加熱面として2液層内にそれぞれ独立した対流を発生させ、流れのパターンを可視化観察し、また温度分布を測定した。流れの可視化のためには下層液をメチレンブルーで着色し、加熱壁と相対するアクリル壁を通して下層液が上層液中に貫入する過程をカメラによって記録した。このような実験により、上述の筋状対流の発生条件、筋状対流が不安定化し波状対流に移行する条件、さらに波状対流から全面的な貫入に移行する条件などを明らかにした。

这项研究旨在阐明这一现象的机制，即不同密度的两液层最初形成了容器内的稳定层，这会因从外部通过容器壁从外部从外部侵入热量，热量和大体传递在两层层的界面上，并从上层液体表面上蒸发到上层和较低的机制，并散发出较低的机制，该机制的机制是，该机制的机制是造成的。 现象。特别是，我们专注于沿垂直侧壁表面上游侵入的现象，这是导致滚动的因素之一，从下部液体到上部液体。目的是阐明发生特殊现象的条件，其中渗透在上层和下部液体层的边界表面不一致，并且观察到具有固定间隔的上游条纹状的上游和其水动力机制。在这项研究中，使用具有不同浓度的盐水制成的矩形并行任子的容器中形成密度层，并使用容器的垂直壁之一在两个液体层中产生独立的对流，作为加热表面，可视化和观察流动模式，并测量温度分布。为了进行流动可视化，将底层液体用甲基蓝色颜色，并记录了通过面向加热壁的丙烯酸壁穿透底层液体的过程。这些实验揭示了上述条纹对流的上述条件，类似条纹对流对波的对流的稳定条件以及从类似波浪样对流到完整渗透的条件。