微小重力から過重力条件における多孔質体中の水分移動に対する統一理論の構築
【研究分野】社会経済農学、農業工学およびその関連分野
【研究キーワード】
微小重力 / 過重力 / 多孔質体 / 放物線飛行実験 / 落下塔実験 / 水分浸潤 / 毛管上昇 / 水分拡散係数 / 乾燥嵩密度 / 粘度 / 振動式粘度計 / 圧損式粘度計 / シクロヘキサン / 水 / 可変重力 / 過重重力 / 滞在時間 / 落下塔 / 遠心器 / 火星重力 / 月重力 / ガラスビーズ / 浸潤 / 接触角 / 放物線飛行 / 高速遠心器 / クリノスタット / 水の粘度 / 気液界面 / 差圧式粘度計 / 変動重力 / 水分移動 / 粘性係数 / 微小重力実験 / 拡散現象 / 間隙構造 / 液状水 / 水の粘性 / 水の表面張力 / 重力 / 接触角の重力依存性 / 粘性の重力依存性
【研究成果の概要】
微小重力から過重力までダルシー式の適用が可能で有ることを実験的に明らかにした。多孔質体が密に充填されている場合，不飽和多孔質体中の水分フラックス密度は重力に依存しないことを明らかにした。微小重力下において多孔質体中の間隙のように小さな空間では水は間隙全体を濡らすので，「間隙中の空気の補足」は発生しなかった。さらに，単一粒子上の間隙拡張部と粒子層境界に形成される間隙拡張部の2種類の「間隙拡張部における浸潤」は，重力の有無に関わらず，一時的に浸潤を阻害した。即ち，透水係数を構成する固有透過率には重力依存性がないことを明らかにした。また、水の物理的性質も重力に依存しないことを実験的に確認した。
【研究の社会的意義】
1990年代から続いている微小重力下における多孔質体中の水分移動速度が低下するか否かの論争に終止符を打った画期的な研究である。ダルシー・バッキンガム式の重力依存項に対して重力の影響がないことを１つずつ丁寧に実験的に明らかにした。従来報告されている微小重力下で水分移動速度が低下した原因は、微小重力下では粒子が移動することによって粒子間結合が疎になって水分移動が抑制されたためであることを明らかにした。宇宙農業を実施する際の理論的裏付けとして意義ある研究成果が得られた。
【研究代表者】