1 5 10
5
2
0
Time [s]
(II) Model (b)
Fig.3‑4・11Transient of Nuav in different gases after a stepwise gravity change
N A K N A K lG
•
企μG
•
O A
ロ
ハu
tEA
4
﹀ 司 ミ ミ
30 20
Time [ s ] 10
2 0
(III) Model (c)
Fig. 3‑4‑11 Transient of Nuav in different gases after a stepwise gravity change
VAZFF‑﹀
0.08
x 0.06
ハU
2 3 4 5 Time [s]
。
2 3 4 5 Time [s] 0.04
0.02
(1) Model (a)
Fig.3‑4圃12Transient of maximum velocity in ditferent gases after a stepwise gravity change
X44FFi‑ へ︐
2 4 6 8 ]0 Time [sJ
。
2 4 6 8 10 Time Is]
0.3
0.2
k '
"
E
‑
....0.1
(11) Model (b)
一一一N、 ーーー‑Ar
‑一一‑Kr トー
﹄d
一 ー
0.4ト 0.3ト
0.5
VA司
Z‑
M叫
20
よ‑
10 Time [s]
ト
。
斗ト
ー
20
"""
よ‑
10 Time [s] 0.2←
o ~ O
ト
4EEA ハU
(1II) Model (c)
Fig.3・4・12Transientof maximum velocity in different gases after a stepwise gravity change
時間 0か モデル(a)‑(c)のいずれの場合においても、
らヒーター表面におけるNu川，数が急激に減少している。
Fig. 3‑4・11より分かるように、
μGにおける定常状態に達するま 平均熱拡散率引、の大きい順(N2)Ar>Kr)に、
での遷移時聞が短いことが分かる。特に、
また、
N2， Arに比べ熱拡散率引、が約半分の Krで
半径 サイズの異な は、μGにおける定常値まで達するのに約 2倍の時間を要する事が分かる。また、
同様の傾向は、
が(a)の 2倍の(b)では、 (a)の約4倍の時間を要している。 る他のモデ、ルで、も言える。
このように、容器の半径ならびにガス種によって遷移時間に大きな差がある。なお、
同じヒーター温度、圧力における N2と Arの遷移挙動にあまり差が無いのは、両者の 物性値がほぼ等しいためと考えられる。
また、 Fig.3・4‑12に示した容器内の最大速度の経時変化を見ると、重力加速度消滅 後もしばらくの問、慣性により対流運動が残留している。また、 μG(l0‑5G)においては、
し1ずれの場合でも微弱な定常の自然対流が存在している。
つぎに、物性値の影響を明らかにする目的で、熱拡散率αa、基準のフーリエ数(FolI 数:Eq.3・4・3)により時間軸の規格化を行って再プロッ卜した結果を Fig.3‑4・13に示す。
縦軸は 1G下での Nu値とμGでの Nuの定常値の比によって規格化したNu(Eq. 3‑4・5) を表す。また、町、基準のフーリエ数(Fov数 :Eq.3‑4・4)を横軸にとり、 r，z方向の最大速 度成分 U，Vを1G下での速度 U(ぷ)で規格化した速度(U，V) (Eq. 3‑4‑6)の経時変化とと もに示す。なお、図中破線は、 NL九(ιa九山IV'[【Jr
…
11<
川
、1aμX'ぺら凡/V1m肌1，川t
ヘの変化量のうち 99%変化時の値)であるNu=u = V =0.01を示す。
Fo. =~αa、
0.一. =一一R一ム
(3・4‑3) Fo0... . =一α一一一一一a、，tvれ=一一一1‑ro一 .一.
VaV R ':' P/~v "
Nu， ‑Nlム N U = ̲ I ん
Nuo ‑Nux
一 一 一 一
u=ニ!̲.V=‑'‑{
Uo . V
。
1(3‑4‑4) (3‑4‑5) (3‑4圃6) ただし、
Nu{ :時間IにおけるNuav'
Nuo :lG下の定常状態における Nuav
Nu'l(:μG下の定常状態におけるNuav(μGにおける定常計算から得られた値)
ハU 10(1
一一一‑N
ー‑‑‑Ar 101
一‑Kr
￨ 叶 ¥ γ
10づ
10‑‑l
2
。
0.5。
0.5 Fυ、 FIi、 10‑1￨ ミ
今‑n u
。
Fo"
n u
n u
市ヨ ミ
ハU ︑︐‑
。
Fo"
(II) Model (b)
ハU
10・l
￨ミ
10‑‑
。
1 Fo"2
(III) Model (c)
1011
，、
ーー・‑Ar
‑ ‑Kr
10・l
￨さ
司︐‑ n u
。
Fo叫
2
(IV) Model (d)
n v
n u
￨ゴ 10、
2
10・3
o 0.5
FIi、1
o
0.5FIi"
︑戸・π ‑FE
n u
l
o
0.5ド。
o
0.5FIi、
Fig.3・4・131ransient of N u晶、，andmaximum velocity after stepwise gravity change (correlation by Foα
，
Fov number)n u
i
三
10・ー
5υ F
AU nU
︑3
n u
10 ){
I~ 10、
10・3
o
0.5 Fo.図より容器サイズ、が小さし¥(a)の場合は、 Nuはほぼ指数関数的に減少する。また、
最大速度の変化も同様に指数関数的な変化をしていることが分かる。
一方大型容器である(b)(c)( d)で の 高 は O<Fou<O.lで一旦急激に減少した後、やや緩 やかな勾配に変化するという傾向が見られる。同様な傾向が速度の変化においてもみ
られる。(c)(d)の中でも Krでその現象が顕著に現れており、特に速度の減少が著しい。 ここで、容器サイズやガガ、ス種によつて異なる Craバl
ベる目的で、 Nuavの lGからμGへの遷移が 99%達成(Nu=0.(1)される時間における Fo[( 数と Cra¥Rの相関を取った。種々のガス種に対して得られた結果を Fig.3‑4・14に示す。
また、ここでは初めに与えた計算条件であるヒーター温度九=773Kの他に、 N2，Th=373K (c)モデル、 N2，Th=573K (c)モデルおよび、Kr， Th=573K( d)モデ、ルについての計算も行い、
その結果についても Fig.3‑4・14にプロットした。
ハU
句﹄i
ー‑‑za‑
‑ i
竺‑1i3‑岳亀ーーE h‑ ‑
︑︑l
ノ
︑ ︑ノ︑ノ︑l︑1︑a
︑ノ︑ . ︐ ノ E
︑︑ ︐ ︐ ノ
K K K K K K
﹁3
﹁コ
﹁コ 司︑
d﹁ コ ﹁
3
7 7 7 7 7 7
づf
﹁ / 司 /
﹁
3戸 ︑
dF 3
一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一
L H L H H L n H I n H h H i n H
T t T t T d T d T t T t '' t︑J︐ .
︑
︐
︐a z︑︐︐ ︐ ︑
︑ ︐
︐ .
︑
︑J
' z︑
r s
﹃︐
‑ T
﹄吋
5 4
今
'﹄
r a
A N K N N K
・ム口企A園