Mesoscopic physics of the slip between solid and liquid

• Project/Area Number: 23K26041
• Project/Area Number (Other): 23H01346 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 大森 健史 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70467546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桑原 卓哉 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (10851917) ; 山口 康隆 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30346192)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2027: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2026: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 固液摩擦 / 固液滑り / ナノフルイディクス / 分子動力学

Outline of Research at the Start

様々な起源を持つ固体面の微視的不均一性を統一的に整理し、古典分子動力学法および密度汎関数強拘束分子動力学法を用いた解析により、固 液境界での微視的な物理とバルク液体の巨視的な流体力学を接続する固液滑りのメソスケール物理を構築する。さらに、その物理的描像に基づき、不均一性をもった実在固体面の滑りを向上させる手法の提案を行う。

Outline of Annual Research Achievements

分子スケールの凹凸構造を有する壁面上の流動に対して，分子スケールで平滑な均一壁面と同様にメソスケールモデルとしての壁面境界条件が有効であるということを明らかにした．壁面境界条件においては，厳密には粘性と弾性を共に考慮する必要があるが，通常の流体力学の範囲内では粘性のみを考慮すれば十分であるということも明らかになった．流体内部の応力分布を詳細に解析し，固液摩擦が主に壁面凹凸の「角部」から発生していることも明らかにした．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

固液摩擦の基礎的な物理を明らかにするとともに，実在面を模擬した解析についても開始することができた．

Strategy for Future Research Activity

基本的な方針に当初計画からの変更はない．クーロン相互作用を含む分子動力学解析に既存のオープンソースコードを使用するか，自作コードの開発を続けるかについては要検討である．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Univ Lyon(フランス)
• [Int'l Joint Research] Fraunhofer IWM(ドイツ)
• [Journal Article] Equilibrium molecular dynamics evaluation of the solid-liquid friction coefficient: Role of timescales (2023)
  • Author(s): Oga Haruki、Omori Takeshi、Joly Laurent、Yamaguchi Yasutaka
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 159 Issue: 2 Pages: 024701-024701
  • DOI: 10.1063/5.0155628
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The receding contact line cools down during dynamic wetting (2023)
  • Author(s): Kusudo Hiroki、Omori Takeshi、Joly Laurent、Yamaguchi Yasutaka
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 159 Issue: 16 Pages: 161102-161102
  • DOI: 10.1063/5.0171769
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 固液境界における流体力学的境界条件の周波数依存性 (2023)
  • Author(s): 山本 紘生, 大森 健史
  • Organizer: 日本伝熱シンポジウム
• [Presentation] 線形応答理論に基づく平衡分子動力学系を用いた固体・液体間の滑り現象の再現とその応用 (2023)
  • Author(s): 大賀 春輝, 大森 健史, 山口 康隆
  • Organizer: 日本伝熱シンポジウム
• [Presentation] Thermal Difference in Advancing and Receding Contact Lines: Insight from MD Simulation (2023)
  • Author(s): H. Kusudo, T. Omori, L. Joly, Y. Yamaguchi
  • Organizer: AJK-FED 2023
  • Int'l Joint Research