動画リンク：熱工学ギャラリー　単純な立方体内の対流多様性 (ted-jsme.jp)

はじめに

熱対流の世界

熱対流には、自然対流や自由対流、レイリー・ベナール対流などいくつかの別称がある。熱対流は、熱エネルギーの伝達や物質の拡散／輸送には重要な自然現象であり、物質製造レベルから室内や惑星環境に至る広いスケールに影響を及ぼす。それ故、ベナールの実験（1）以来、その理解と解明への努力が続いている。

熱対流は、温まって軽くなった流体が上昇し、冷たくなって重くなった流体が下降するだけの原理によって、その振る舞いが整然と規定できる現象であり、支配法則も特殊な場合を除くと確立されている。それにもかかわらず、少し詳しく踏み込むと、この現象への知識が限定されたままであることに気づく。

立方体（正六面体）容器

極端に単純な状況下で現れる熱対流

筆者の研究室では、簡単な、ただし、実験により観察可能な熱対流に、もっぱら取り組んでいる。つまり、底面加熱かつ天面冷却した立方体容器の内部に封入した水の運動である（図1）。

図1　底面加熱／天面冷却した立方体（正六面体）容器

対流構造いろいろ