Mechanical and thermodynamic understanding of dynamic wetting through the connection between microscopic and macroscopic mechanics
| Project/Area Number |
20J20251
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
楠戸 宏城 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
|
|---|
| Keywords | 動的濡れ / 分子動力学法 / 熱輸送 / 動的濡れ現象 / 接触線 / 熱流束 / 動的接触線 / 一般化ナビエ境界条件 / Youngの式 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
撥水・親水といった濡れ現象はコーティング等の表面加工，鋳造や印刷といった幅広い工学分野で現れる現象である．固気液三相の交わる線である接触線が固体壁面上を動的に移動する際に前進接触角と後退接触角が表れることは知られているが，その原因には諸説あるものの，現状では流体力学の未解明問題のひとつと考えられる．本研究では，分子動力学解析に基づく分子スケールの現象（ミクロ）と，連続体ベースの流体力学（マクロ）を理論的に整合するかたちで接続することで，動的濡れ現象の解明をする．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
マクロスケールの平衡状態の濡れ，すなわち静的濡れにおいては，固体表面上における固気液三相の交線である接触線に対して固気・気液・固液の界面張力がつり合うことで固体面と気液界面の成す角である静的接触角が決定される．一方，接触線が固体面上を動的に移動する動的濡れ現象においては，接触線近傍における固液の摩擦力や液体内部の粘性によりその動的接触角は静的接触角から変化することが知られる．昨年度までの動的接触線近傍における熱流解析により，バルク部では粘性散逸により発熱し，前進接触線でも同様に発熱する一方，後退接触線では直感に反して吸熱，すなわち冷却されていることが明らかになった．本年度は，その動的接触線近傍で誘起される特異な発熱・吸熱現象のメカニズムを明らかにした．具体的には，通常は偏微分で記述されるマクロのエネルギー保存則を，物質微分を用いて書き換えることで，流体の発熱・吸熱現象は応力の仕事だけでなく流跡線に沿った内部エネルギー変化によることが分かり，特に動的接触線近傍においては後者が支配的であることを定量的に示した．本研究で明らかになったナノスケールの熱輸送現象は，既存の動的濡れのモデルには組み込まれてこなかったものであるため，今後の動的濡れのモデルに対して新しい視点を与えるものである．
また，ナノスケールにおける物質輸送において重要である固液界面におけるすべりに関する解析も進めており，固液界面の摩擦による散逸に関してミクロスケールとマクロスケールを接続することで，熱的観点からすべり速度を定義する方法を提案した．
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
