• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

水‐アルコール混合系の固液間および液体内の運動量輸送機構に関する分子動力学解析

Research Project

Project/Area Number 14J00811
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中岡 聡  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2015: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords分子動力学法 / 速度すべり / メタノール水溶液 / 水‐アルコール混合液
Outline of Annual Research Achievements

ナノスケールの流路における液体の抵抗低減を目的として,分子動力学シミュレーションを用いて固体壁面と液体の界面に生じる速度すべりに対して液体の混合が与える影響,および,その変化の要因について解析を行った.工学的に広く用いられる水とメタノールの混合液と無極性の壁面を用いた流路を作成し,速度すべりを特徴づける物性値である固液摩擦係数について,壁面を移動させて流れを生じさせた非平衡系,および,壁面を静止させた平衡系を用いた解析を行った.
非平衡系における解析の結果,10%程度のメタノール濃度の増加であっても固液摩擦係数が大きく低減,すなわち,速度すべりが促進され液体の粘性抵抗力が低減されるようになることがわかり,これはメタノール分子が疎水性のCH3基を無極性の壁面に向けるように固液界面に吸着する性質があるためであることを示した.また,既存の速度すべりのモデルでは,経験的に固体に対する液体の濡れが悪いほど固液摩擦係数が小さいとされているが,本研究で用いた水とメタノールの混合液の場合ではこの逆の傾向であり,濡れ性は速度すべりの変化の本質的な要因でないことを示した.
平衡系ではHuangとSzlufarska(HS)が提案したGreen-Kubo式を用いた解析を行った.HSの方法により平衡系において算出した固液摩擦係数は非平衡系の値と濃度依存性が一致し,混合液に対してでもHSの方法が妥当であることを検証した.また,HSのGreen-Kubo式の導出の過程で用いた考え方を応用して,液体分子1つあたりの固液摩擦係数の算出を行い,混合液の固液摩擦係数の変化の要因について壁面近傍の液体分子の構造と関連させた新たな解析手法を提案した.さらに,固液摩擦が壁面近傍の液体分子の拡散係数に与える影響が小さいことを示した.
これらの成果を査読付き国際学術誌で発表したほか,国際学会を含む複数の学会で発表した.

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Molecular dynamics analysis of the velocity slip of a water and methanol liquid mixture2015

    • Author(s)
      Satoshi Nakaoka, Yasutaka Yamaguchi, Takeshi Omori, and et al.
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW E

      Volume: 92 Issue: 2 Pages: 022402-022402

    • DOI

      10.1103/physreve.92.022402

    • NAID

      120007118553

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] メタノール水溶液と固体壁面間の運動量輸送についての分子動力学解析2015

    • Author(s)
      中岡 聡,山口 康隆,香川 勝,中島 但,藤村 秀夫
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2015
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水ーアルコール混合系の固液間速度すべりに関する分子動力学解析2015

    • Author(s)
      中岡 聡, 山口 康隆, 香川 勝, 中島 但, 藤村 秀夫
    • Organizer
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-06-03 – 2015-06-05
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 水-アルコール混合系の固液間速度すべりに関する分子動力学解析2015

    • Author(s)
      中岡 聡,山口 康隆,香川 勝,中島 但,藤村 秀夫
    • Organizer
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-06-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Dynamics Study on the Momentum Transfer at the Solid-Liquid Interface of Water-Alcohol Mixture2015

    • Author(s)
      Satoshi Nakaoka, Yasutaka Yamaguchi, Koji Kuroda, Masaru Kagawa, Tadashi Nakajima, Hideo Fujimura
    • Organizer
      5th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • Place of Presentation
      Calgary(Canada)
    • Year and Date
      2015-05-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular Dynamics Study on the Momentum Transfer at the Solid-Liquid Interface of Water-Alcohol Mixture2015

    • Author(s)
      Satoshi Nakaoka, Yasutaka Yamaguchi, Koji Kuroda, Masaru Kagawa, Tadashi Nakajima, Hideo Fujimura
    • Organizer
      International Symposium on Micro and Nano Technology
    • Place of Presentation
      Calgary(Canada)
    • Year and Date
      2015-05-18 – 2015-05-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 水-アルコール混合系の固液間運動量輸送に関する分子動力学解析2014

    • Author(s)
      中岡 聡, 山口 康隆, 黒田 孝二, 香川 勝, 中島 但, 藤村 秀夫
    • Organizer
      第28回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2014-12-09 – 2014-12-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi