微小重力環境下での粉体系における乱流化現象とその統計則の解明

微重力环境下粉体体系湍流现象及其统计规律的阐明

• 批准号: 16740221
• 负责人: 礒部 雅晴
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16740221/
• 关键词: 微少重力; 粉体; 流体乱流; 統計測; 粉体振動層; 分子動力学法; 非平衡統計物理学; 剛体; 微小重力; 統計則; 剛体球

微小重力環境下における粉体気体(Granular Gas)の基礎研究は、例えば微惑星上における粉体の流動化やパターン形成を工学的に利用するといった次世代の宇宙産業に直結する重要な研究課題であると同時に、「不可逆過程の統計力学」を推進するプロトタイプとして理論的発展が大きく期待できる。このような観点から、微小重力環境における粉体気体の応答や統計則に関する研究を行なった。(a)無重力環境の粉体気体と流体乱流との類似性を理論解析やシミュレーションにより精密化させた。2次元自由減衰非弾性剛体球(粉体気体)モデル2次元ナビエストークス乱流との類似点に着目し大規模数値シミュレーションを実行した,低密度でエンストロフィーカスケード、高密度の最終アトラクター状態で2次元乱流におけるBose凝縮様な現象が生じることを数値的に示した。無重力環境におけるこれらの結果は、乱流の起源に迫るひとつの方法論を与える重要な意義を持っている。これらの成果は、ドイツで行なわれた粉体の国際会議(2005.7)で発表した。(b)粉体同士の微視的な衝突則と微小重力場の関係を系統的に研究するため、振動板に駆動された粉体層(粉体振動層)の非平衡定常状態においてスケール不変な非平衡パラメーターを考察した。これらの系は従来、重力定数は加速度振幅と呼ばれる無次元パラメーターでスケールされると考えられてきた。しかし現実には、粉体は衝突速度により反発係数が連続的に変化するため、微小重力場では粉体の反発係数は弾性衝突に近くなり、粉体層の巨視的物理量や動的性質に影響を与える。シミュレーションの結果、一定反発係数(人為的に作成した)を使った過去の文献の延長線上(線形結合)では説明がつかず、複雑な協同現象が巨視的物理量に定量的な影響を与えることがわかった。また、一定反発係数を包括する速度依存型反発係数に拡張されたスケーリング則の模索をした。このような定量的予測は、粉体振動層を宇宙産業へ工学的利用する際に重要な基礎となると考えられる。また「微小重力環境に拡張された非平衡パラメーター」探索は粉体振動層の基礎研究のみならず不可逆過程の統計力学の発展としても期待できる。これらの成果は、物理学会(2005/3,9,2006/3)、数理解析研研究会(2005/11)で発表し、現在論文としてまとめている。

关于微重力环境中颗粒气体的基础研究是一个重要的研究主题，与下一代太空行业直接相关，例如工程工程行星上的粉末的流化和模式形成，同时，可以预期它是一种高度理论发展，作为一种原型，可以促进“不可逆性的统计机制”。从这个角度来看，我们对微重力环境中粉末气体和统计规则的响应进行了研究。 （a）通过理论分析和仿真，对零重力环境中粉末气体和流体湍流之间的相似性进行了完善。为了关注与二维自由阻尼的非弹性硬球（粉末气）模型的相似之处，进行了大规模的数值模拟，并以数值证明表明，在低密度，胚胎级联和高密度的吸引者的二维湍流中，发生了类似Bose的类似Bose凝结的现象。这些结果在零重力环境中具有重要的意义，该方法提供了一种研究湍流起源的方法。这些结果是在德国举行的国际粉末会议（2005年7月）上提出的。 （b）为了系统地研究粉末之间微观碰撞定律与微重力场之间的关系，我们检查了由diaphragm驱动的粉末层（粉末振动层）的非平衡稳态稳态中的规模不平衡参数。在这些系统中，通常认为重力常数由称为加速度振幅的无量纲参数缩放。但是，实际上，由于由于冲击速度，在微重力场中，粉末变化的反弹系数不断变化，因此粉末的回弹系数变得接近弹性碰撞，从而影响粉末层的宏观物理量和动态性能。仿真结果表明，复杂的合作现象对宏观物理量具有定量作用，这不能通过使用恒定的回弹系数（人为创建）的过去文献扩展（线性组合）来解释。我们还寻求扩展到速度依赖的恢复系数的扩展定律，该系数包括恒定的恢复系数。这种定量预测被认为是工程粉末振动层进入太空行业的重要基础。此外，搜索“扩展到微重力环境的非平衡参数”不仅可以作为粉末振动层的基本研究，而且可以作为不可逆过程的统计机制的进步。这些结果在物理学会（2005年3月，2006年9月）和数学研究所研究小组（2005年11月）中介绍，目前是作为论文编辑的。

项目成果

Two-Dimensional Turbulence in Granular Gases

颗粒气体中的二维湍流

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings in Powaers and Grains 2005 (Garcia-Rojo, Herrmann and McNamara(eds))
• 作者: 落合昭紀;別所賢;礒部雅晴;M.Isobe
• 通讯作者: M.Isobe

2次元粉体気体の乱流化とエネルギースペクトル

二维粉末气体的湍流和能谱

• 发表时间: 2005
• 期刊: 京都大学数理解析研究所講究録 1413
• 作者: 落合昭紀;別所賢;礒部雅晴;M.Isobe;礒部 雅晴
• 通讯作者: 礒部 雅晴

微小重力下における粉体気体の統計的性質

微重力下粉末气体的统计特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: 京都大学数理解析研究所講究録 1472
• 作者: 落合昭紀;別所賢;礒部雅晴
• 通讯作者: 礒部雅晴