JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
49042000.pdf2.64 MB
title臨界点近傍流体中のピストン効果素過程の直接観察
Other TitleDirect observation of the elementary processes of the piston effect in a fluid near its critical point
Author(jpn)吉原 正一; 大西 充; 桜井 誠人; 三浦 裕一; 小林 礼人; 竹之内 武義; 石川 正道; 河合 潤; 本多 克也; 松本 昌昭
Author(eng)Yoshihara, Shoichi; Onishi, Mitsuru; Sakurai, Masato; Miura, Yuichi; Kobayashi, Hiroto; Takenouchi, Takeyoshi; Ishikawa, Masamichi; Kawai, Jun; Honda, Katsuya; Matsumoto, Masaaki
Author Affiliation(jpn)宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 名古屋大学 大学院理学研究科; 中部大学 工学部 理学教室; 高純度化学研究所; 東京工業大学 大学院総合理工学研究科; 三菱総合研究所; 三菱総合研究所; 三菱総合研究所
Author Affiliation(eng)Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Aerospace Technology; Nagoya University Graduate School of Science; Chubu University Department of Natural Science and Mathematics, College of Engineering; Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd.; Tokyo Institute of Technology Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering; Mitsubishi Research Institute Inc.; Mitsubishi Research Institute Inc.; Mitsubishi Research Institute Inc.
Issue Date2005-10-31
PublisherJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
宇宙航空研究開発機構
Publication date2005-10-31
Languagejpn
AbstractThermal energy applied to a pure fluid near its critical point immediately induces a strong expansion. This causes an adiabatic compression and a large density difference at the expansion front. The difference in energy is transported as an acoustic wave. This rapid heat transportation is called the 'piston effect'. In our study, an ultra-sensitive and high-speed density measurement system was developed to conduct a quantitative measurement of the piston effect. Using the system, we made direct observations of the elementary processes of the piston effect. To demonstrate the performance of the system, the sound velocity in a critical fluid was measured. Applying FFT to the experimental results allowed precise evaluation of the sound velocity. The experimental velocity versus temperature profile agreed well with simulation and theoretical prediction, that is, the profile should have scale universality. However, the profile from the experimental results obeys another scale universality if T-T(sub c) is less than 0.1 K. This indicates that our experimental system enables us to quantitatively discuss the critical phenomena.
臨界点近傍で流体に熱を加えると、熱膨張率の発散のため流体は大きく膨張する。これは、膨張の前面で断熱的な圧縮が起き、そこに大きな密度差が生じる事を意味する。この断熱圧縮により生じた平均より高温・高密度の領域が音速で流体中を伝播し、流体温度が高速に上昇する。この高速な熱輸送は「ピストン効果」と呼ばれている。我々はピストン効果を定量的に計測するシステムとして高速高精度密度変化観測装置を開発した。この装置を用いて「ピストン効果」の素過程の直接観察に成功した。装置の性能を実証するため、臨界点近傍において流体中で密度波の移動速度計測を行った。実験結果は数値シミュレーションの結果と良い一致を示した。音速を正確に求めるため、音波のエコー間隔をFFT解析により求め、音の行路長、即ち試料流体高から計算で求める手法を用いた。実験結果から求めた速度と温度の関係は、シミュレーション結果、および理論予想と良い一致を示した。しかし、臨界点により近づくと実験結果とシミュレーション結果には乖離が見られた。これらの結果から、我々の開発した実験装置、および数値シミュレーションを用いて臨界点近傍で初めて起こる新たな現象を探索し、定量的に解明できることを示している。
DescriptionJAXA Research and Development Report
宇宙航空研究開発機構研究開発報告
Keywordscritical point; piston effect; temperature control; pulse heating; adiabatic condition; thermal energy; high-speed density measurement; heat transportation; temperature measurement; acoustic velocity; interferometer; direct observation; 臨界点; ピストン効果; 温度制御; パルス加熱; 断熱条件; 熱エネルギー; 高速密度測定; 熱輸送; 温度計測; 音速; 干渉計; 直接観察
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発報告
ISSN1349-1113
SHI-NOAA0049042000
Report NoJAXA-RR-05-006
URIhttps://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/35531


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