多成分気体中の微粒子の泳動現像に関する気体論的研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07651122
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 青木 一生 京都大学, 工学研究科, 教授 (10115777)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土井 俊行 産業技術短期大学, 助手 (00227688) ; 杉元 宏 京都大学, 工学研究科, 助手 (50222055) ; 高田 滋 京都大学, 工学研究科, 助手 (60271011)
• Keywords: 熱泳動 / 拡散泳動 / 分子気体力学 / ボルツマン方程式 / 気体分子運動論 / 希薄気体力学

Research Abstract

1.温度場による流れ
気体中の微粒子の熱泳動現象を解明する上で,微小系における気体あるいは低圧気体に特有の現象である温度場によって誘起される流れの性質を十分に把握する必要がある.我々は従来よりこの種の流れを解明してきたが、本研究では,従来知られていなかった新しい型の流れを直接シミュレーションモンテカルロ法を用いた数値解析により明らかにした.これは,各境界の表面温度が一様であっても(即ち,熱ほふく流,熱遷移流が起こらない場合でも)境界間に温度差があると一般に起こる流れである.この流れの性質と物理的メカニズムを広い範囲のクヌーセン数に対して明らかにした.
二成分混合気体ボルツマン方程式の基本的性質
混合気体中の微粒子の挙動を解明する場合の基礎方程式である二成分混合気体ボルツマン方程式は,非常に複雑な形をしており,分子同士の衝突の効果を表す衝突項は5重積分を含んでいる.これを正確に解析,数値解析するには,この項を(近似を用いないで)厳密に簡単化することが不可欠である.一成分気体の場合,剛体球分子に対しては,この5重積分を3重積分にまで簡単化することができ,その結果正確な数値積分核を作成することができた.本研究では,同様の積分の簡単化を二成分混合気体ボルツマン方程式に対して試みた.その結果,完全には3重積分に帰着できなかったが,正確な数値積分核が作成可能なレベルにまで簡単化することができた.これは,本研究主題だけでなく,他の様々な混合気体の問題に応用できる普遍的な結果である.

Research Products

• [Publications] K. Aoki: "A rarefied gas flow induced by a temperature field: Numerical analysis of the flow between two coaxial elliptic cylinders with different uniform temperatures" Computers and Mathematics with Applications. 31. (1996)
• [Publications] 高田 滋: "エアロゾル粒子まわりの気体流と粒子に働く力 -ボルツマン方程式による数値解析-" エアロゾル研究. 10. 95-105 (1995)
• [Publications] 高田 滋: "気体中の微粒子のまわりの流れとそれに働く力" ながれ. 14. 340-352 (1995)