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荒井大知 OB(〜'00 前期課程)
粉粒体垂直パイプ流のダイナミクス

Dynamics of Granular Flow thorough a Virtical Pipe
  鉛直に立てたガラスパイプ中に粉粒体(ここの実験で使うのは粒径が0.3〜0.5mm ほどのカラーサンド)をホッパーを用いて流し込みます。すると、粉粒体は 重力に引きずられることにより下へ落下します。パイプの下端はフラスコ になっており、 落ちてくる砂を受けるのですが、ここに空気の抜け口をつくり、流量計をとり つけることで流れ出る空気の量を制御できるようにします。流量計を開いた 状態では粉粒体はほぼ一様に流れるが、徐々に流量計のコックを閉めて 空気が外に出られなくしてやると、空気が下に流れにくくなり、 これと落下する粉粒体とが相互作用をし、速度を失った粉粒体どうしが集まって、疎密波を形成します。疎密波は流量計がcloseの状態ではパイプ中ほどから発生し、 時間がたつにつれて、パイプ全体にまでおよびます。 この疎密波の密度変化をレーザー透過測定器によって測定し、FFTで周波成分を調べると、周波数をfとして、パワースペクトルP(f)がfのα乗に比例し、 媒質が空気である時、α=4/3 というとても美しい整数の比になることがわかっています。これは複雑系の世界でよく観察される”ベキ乗則”という性質で、多数の要素が相互作用しあって形成される、 一見無秩序にみえるゆらぎの現象に共通してみられる統計的性質です。これが何を意味しているのか?それを探るのが私たちの研究課題です。


疎密が出来るところの高速ビデオ映像(MPEG 1.24MB)

2000年度修士論文概要(PDF 680KB)


疎密波

装置




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