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【24h】

磁場の影響下での液体金属の対流パターン

机译:磁场影响下的液态金属对流模式

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摘要

上下に温度差を与えた平板間での熱対流では層流から乱流に至る多様なパターンが観察され、物理や工学のみならず地球科学的な興味からも多くの研究がなされてきた。液体金属の対流ではさらに、外部から磁場をかけることによりそのパターンが大きく影響を受けることが知られている。これは磁場の存在下での流体運動は誘導電流を生み出し、磁場と流れの方向に依存した力を受けるためである。対流と磁場との関係は地球の外核での運動を考える際にも重要である。対流が発生する条件については、垂直磁場は臨界レイリー数を上昇させるのに対して、水平磁場は臨界レイリー数を変えないが磁場の方向に対流ロールの軸を規定するということが知られている。しかしレイリー数(Ra)が高い乱流領域では、かけた磁場と対流パターンとの関係は不明確であった。これは液体金属が光に対して不透明なので、一般的な流れの可視化方法が利用できないためである。近年では、超音波のドップラーシフトを利用した流速プロファイルの測定により、液体金属の対流についてもパターンの時空間変動を詳細に捉えることが可能になっている。我々はこの速度計測方法を用いて、液体金属による熱対流のパターンと磁場との関係を調べることを目的として、大きいアスペクト比を持つ広い容器での速度場の直接的な計測を行った。それにより、水平磁場の影響下では、レイリー数と磁場強度に応じて対流パターンに以下に述べる4 つの形態が存在することを見出し、それぞれの領域を確定するともに、数値シミュレーションとの比較も行ってパターンの時間変動のメカニズムを明らかにした。
机译:板之间的对流给温差垂直各种图案铅湍流从层流,从地球科学的兴趣许多研究不仅是物理和工程已经进行了观察。此外,液体金属的对流,已知的是接收该图案通过从外部施加磁场的影响很大。在磁场的存在下进行该流体运动而产生的感应电流,以接收依赖于磁场和流动的方向的力。考虑到地球的外芯的运动时的对流和磁场之间的关系也是重要的。在其中发生对流,而垂直磁场增加临界瑞利的数量的条件,已知的是,虽然水平磁场不改变临界瑞利的磁场的方向限定对流辊的轴的数量。然而瑞利数(Ra)为在高湍流区域,所施加的磁场和对流图案之间的关系不明确。由于该液体的金属是不透光的,以便可视化的一般流程如何不可用。近年来,使用超声波的多普勒频移的流速分布的测量中,已经有可能捕获到当在图案也对流液态金属的细节的空间变化。我们用这个速度测定方法,用于检查和图案所造成的液态金属的热对流的磁场之间的关系的目的,是具有大纵横比的宽容器的速度场的直接测量。因此,水平磁场的影响下,发现,四个实施例按照瑞利数和磁场强度的对流模式下面描述的本,既确定相应区域,数值模拟的也执行的比较它是澄清的图案的时间变化的机理。

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