非平衡系における熱力学構造とその非線形動力学系に対する一般化

• Project/Area Number: 14740229
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 物性一般(含基礎論)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 湯川 諭 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20292899)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 非平衡定常状態 / ブルカノ式噴火 / 相変化を伴う熱伝導 / 化学反応ネットワーク / 非平衡ダイナミクス / 非平衡仕事法 / Jarzynski等式 / 交通流の物理的性質 / 渋滞実験 / 量子開放系の熱力学 / LindbladのH定理 / 熱伝導と相転移 / 高速道路交通流の物理的性質

Research Abstract

今年度は、非平衡系における熱力学構造の基本的な知見を得るために、対象としてブルカノ式噴火を取り扱い、そのような状況での熱力学的な構造を調べた。ブルカノ式噴火は、流体的な非線形現象と、相転移、相分離が複雑に絡み合う非平衡現象であり、このような対象を調べることは、本研究課題にも関連する重要な知見が得られる可能性がある。具体的には、ブルカノ式噴火をLennard-Jones(LJ)粒子系をもちいてモデル化し、LJ粒子系の二成分流体として記述した。この系をつかい、衝撃波管の実験に対応する条件でシミュレーションを行った結果、衝撃波と気泡生成を伴うブルカノ式噴火に特徴的な現象を再現することができた。また、熱力学的構造を調べるために、熱力学量をシミュレーションで得られる物理量から計算し、噴火現象に対する新たな知見をえた。これらの成果は、学会等で発表している。
また、Lennard-Jones粒子系をもちいた古典粒子系において、熱伝導の問題を計算機シミュレーションにより調べた(共同研究)。LJ粒子を使うことにより、古典的な熱伝導はもとより、相変化等を伴う熱輸送現象も議論でき、古典的な理論では記述が難しい気液界面を伴う熱輸送現象が計算シミュレーションによって再現できた。現在、この非平衡定常状態における熱力学構造を探るべくシミュレーション、理論的な考察を行っている。さらに、これらとは全く違う立場から非平衡系の熱力学構造の研究を行っている。そこでは、細胞内化学反応ネットワークを模式化した化学反応の確率モデルを作り熱平常状態ではない全く違う非平衡定常状態を構成し、熱力学、統計力学的な観点から研究を行っている(共同研究)。

Research Products

• [Journal Article] Rate Constant of Kaneko-Yomo Model (2005)
  • Author(s): A.Kamimura, S.Yukawa, N.Ito
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan 74 Pages: 1071-1072
  • NAID: 110001979490
• [Journal Article] Heat Conduction of Lennard-Jones Particle System in Supercritical Fluid Phase (2005)
  • Author(s): F.Ogushi, S.Yukawa, N.Ito
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan 74 Pages: 827-830
  • NAID: 110001979449
• [Journal Article] Particle Dynamics Simulations of the Navier-Stokes Flow with Hard Disks (2004)
  • Author(s): T.Ishiwata, T.Murakami, S.Yukawa, N.Ito
  • Journal Title: International Journal of Modern Physics C 15 Pages: 1413-1424
• [Publications] T.Murakami, T.Shimada, S.Yukawa, N.Ito: "Energy Transport in Multiphase System"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 1049-1056 (2003)
• [Publications] H.Watanabe, S.Yukawa, Y.Ozeki, N.Ito: "Critical exponents of isotropic-hexatic phase transition in the hard-disk system"Physical Review E. (掲載予定).
• [Publications] T.Murakami, T.Shimada, S.Yukawa, M.Ito: "Energy Transport in Multiphase System"Journal of the Physical Society of Japan. 72. (2003)
• [Publications] S.Tadaki, K.Nishinari, M.Kikuchi, Y.Sugiyama, S.Yukawa: "Observation of Congested Two-lane Traffic Caused by a Tunnel"Journal of the Physical Society of Japan. 71. 2326-2334 (2002)
• [Publications] S.Tadaki, K.Nishinari, M.Kikuchi, Y.Sugiyama, S.Yukawa: "Analysis of congested flow at the upper stream of a tunnel"Physica. A315. 156-162 (2002)
• [Publications] H.Watanabe, S.Yukawa, Y.Ozeki, N.Ito: "Non-equilibrium Relaxation Analysis on Two-dimensional Melting"Physical Review. E66. 041110 (2002)