固化実験と超音波測定による部分溶融体の構造と形成の研究

利用凝固实验和超声波测量研究部分熔化材料的结构和形成

基本信息

  • 批准号:
    15740272
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  • 财政年份:
    2003
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2003 至 2004
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本年度は、内核外核境界のアナログとして、樹枝状結晶の中を伝播する弾性波速度と減衰(Q値)の周波数依存性の測定とその解釈を行った。音波物性の周波数依存性を測定するためには、ある特定の周波数にパワーを持つバースト波を用いて、その周波数変調を行うことが有用である。まず、そのような測定を自動的に行うために、パルスジェネレータをコンピュータ制御するプログラムを作成した。次に25重量パーセントの塩化アンモニウム水溶液の固化が進行している下でこの測定を行い、音波の減衰の周波数依存性を求めた。その結果、固化が進行するにつれて、伝播速度が速くなり、減衰が増大することが分かった。速度分散は見られなかった。減衰は、超音波の波長と同程度のスケールで顕著になり、高周波数程Q値が大きいという周波数依存性が見られ、その原因として散乱が考えられる。そこで、散乱による減衰の効果を定量化するために、非反応系で、粒径のサイズおよびその体積分率を変えた時の減衰の周波数依存性を調べた。粒径依存性を調べるためには、粒径の異なるガラスビーズを体積分率60パーセントを含む粘性流体の混合物を用いた。体積分率依存性を調べるために、粒径が一定で、異なる体積分率を持つポリスチレンビーズと粘性流体の混合物を用いた。その結果、固化実験と同様に、波長と粒径が同程度で減衰が顕著になることが分かった。また、減衰には類似した周波数依存性があり、その冪は粒径に強く依存し、体積分率にはあまり依存しないことが分かった。これらのことから、固化実験中の部分溶融体中を伝播する超音波の減衰は、主として散乱が関与しており、固化が進行するにつれて、結晶サイズがあまり変わらずに固化分率が増加していることが主な原因であると推定された。以上の実験結果から、内核外核境界付近を伝播してくる地震波の速度から固体の割合を、減衰の周波数依存性から特徴的なスケールをマッピングできる可能性があることが示唆された。
今年,我们测量并解释了树突中传播的弹性波的速度和衰减(Q 值)的频率依赖性,作为内核-外核边界的模拟。为了测量声学特性的频率依赖性,使用具有特定频率功率的突发波来执行频率调制是有用的。首先,为了自动执行此类测量,他们创建了一个程序来通过计算机控制脉冲发生器。接下来,在25重量%氯化铵水溶液进行固化的同时进行该测量,并确定声波衰减的频率依赖性。结果发现,随着凝固的进行,传播速度变快,衰减增大。没有观察到速度分散。衰减在与超声波的波长相当的尺度上变得明显,并且观察到Q值随着频率增加而增加的频率依赖性,并且认为散射是其原因。因此,为了量化散射引起的衰减效应,我们研究了在非反应系统中改变颗粒尺寸及其体积分数时衰减的频率依赖性。为了研究粒径依赖性,使用了含有 60% 体积分数的不同粒径玻璃珠的粘性流体混合物。为了研究体积分数依赖性,我们使用了聚苯乙烯珠和具有恒定粒径和不同体积分数的粘性流体的混合物。结果,与凝固实验类似,发现当波长和粒径大致相同时,衰减变得显着。我们还发现衰减具有类似的频率依赖性,其功率强烈依赖于颗粒尺寸,而较少依赖于体积分数。根据这些事实,在凝固实验期间在部分熔化的材料中传播的超声波的衰减主要与散射有关,并且随着凝固的进行,凝固分数增加而晶体尺寸没有太大变化,推测主要原因是散射。的存在上述实验结果表明,可以根据在内外核边界附近传播的地震波的速度来绘制固体比例,并根据衰减的频率依赖性来绘制特征尺度。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Namiki, A., Hatakeyama, T., Toromaru, A., Kurita, K., Sumita, I: "Bubble size distributions in a convecting layer"Geophys.Res.Lett.. 30. 10.1029 2003GLO17156 (2003)
Namiki, A.、Hatakeyama, T.、Toromaru, A.、Kurita, K.、Sumita, I:“对流层中的气泡尺寸分布”Geophys.Res.Lett.. 30. 10.1029 2003GLO17156 (2003)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Rayleigh-Taylor instability of a particle packed viscous fluid: Implications for a solidifying magma
  • DOI:
    10.1029/2004gl021827
  • 发表时间:
    2005-02-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Michioka, H;Sumita, I
  • 通讯作者:
    Sumita, I
Sumita, I., P.Olson: "Experiments on highly supercritical thermal convection in a rapidly rotating hemispherical shell"Journal of Fluid Mechanics. 492. 271-287 (2003)
Sumita, I., P.Olson:“快速旋转半球壳中的高超临界热对流实验”流体力学杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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