希薄気体流れの数値解析におけるメゾスケール分子衝突モデルの開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555060
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松本 洋一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 博文 筑波大学, 構造工学系, 講師 (50272175) ; 松井 純 横浜国立大学, 工学部, 講師 (40251756) ; 正畠 宏祐 名古屋大学, 工学部, 教授 (60132726)
• Keywords: 希薄気体流れ / 分子動力学法 / DSMC法 / 分子衝突モデル / 面-分子干渉モデル / 超音速自由噴流 / 回転温度分布 / FTIR

Research Abstract

メゾスケール分子衝突モデルの開発のため,以下の項目に関して研究を行った.
(1)分子動力学シミュレーションの改善 計算速度,計算精度向上にため超並列計算機対応スキームの開発,時間積分法の改善を行った.また分子の振動状態を一次元調和振動子と仮定し,分子動力学法における回転エネルギ決定法の改善を行うことにより,気体分子の振動運動を量子力学的に考慮した量子分子動力学シミュレーション・スキームを開発することに成功した.
(2)大規模なデータベースの構築 改善されたスキームを用い,付着分子が固体表面に存在している場合,気体分子に内部自由度が存在する場合などさらに広範囲のパラメータについて数値計算を行った.また,これと平行して窒素分子の自由噴流および窒素/グラファイト系の分子線散乱に関する真空実験を行い,自由噴流場における回転温度や散乱された分子線の速度分布,反射角度分布などを測定した.これらの結果より申請者らはより実用的なメゾスケール分子衝突モデルの開発に必要な知見を得た.
(3)メゾスケール分子衝突モデルの改良・開発 上記で得られた知見から,既存のモデルより大幅に進歩したメゾスケール分子衝突モデルの開発に成功した.気体分子間衝突モデルに関しては従来型のモデルで使用していたMDデータベースの関数化を行うことによりモデルの汎用性を大幅に向上させ,さらに衝撃波内部のエネルギの非平衡状態を的確に表現することに成功した.また壁面反射モデルに関しては,気体分子の回転運動を考慮したものを開発し,回転エネルギ移動の散乱方向に与える影響などを的確に表現することに成功した.

Research Products

• [Publications] 山西伸宏: "固体表面に衝突する二原子気体分子の分子動力学的解析" Thermal Science and Engineering. 3-2. 25-29 (1995)
• [Publications] Nobuhiro YAMANISHI: "Molecular Dynamics Simulation of a Diatomic Gas Molecule Scattering from a Solid Surface" Thermal Science & Engineering. 3-3. 33-36 (1995)
• [Publications] 松本洋一郎: "二原子分子衝突モデルの構築(第1報,分子衝突の分子動力学シミュレーション)" 日本機械学会論文集. 62-595B(印刷中). (1996)
• [Publications] 徳増崇: "二原子分子衝突モデルの構築(第2報,モデルの構築とその検証)" 日本機械学会論文集. 62-595B(印刷中). (1996)
• [Publications] Hirofumi HASHIMOTO: "In-situ Measurement of Clustering Process near Condensate" Thermal Science and Engineering. Vol.3. 37-43 (1995)
• [Publications] 橋本博文: "凝縮相近傍でのクラスタ過程の分光学的研究" 日本機械学会論文集B編. 61-592. 4463-4470 (1995)