2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of extended thermodynamics of gas mixture and its applications
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15K21452
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
有馬 隆司 神奈川大学, 工学部, 助教 (80735069)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非平衡熱力学 / 拡張された熱力学 / 多成分流体 / 分子内部自由度緩和 / 非平衡圧力 / 非平衡温度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多成分流体中の時間・空間的に急激な物理量の変化を伴う強い非平衡現象を「拡張された熱力学（ET）」理論に基づいて理解することを目的に研究を遂行してきた。
期間全体で得られた大きな成果は、多成分流体に対するETの一般的枠組みを構築できたことである。まず、系を記述するバランス方程式系のガリレイ不変性によって、構成粒子が成す一成分系の物理量と全体系の物理量の関係を決定できるという性質を一般的に表すことに成功した。さらに、エントロピー不等式を拘束条件として課すことで、エントロピー密度・流束・生成が満たすべき条件を求めることが出来た。この枠組みにより、Navier-Stokes-Fourier理論の拡張となるETの導出が出来る。特に、非平衡圧力の効果がせん断応力や熱流束に比べて十分大きい場合に有用な6変数ET（独立変数は通常の流体力学的物理量と非平衡圧力）の多成分系理論に対し、エントロピー密度・流束・生成を具体的に表した。多成分系の6変数ETに基づいた線形・非線形波動の解析も進んでおり、今後、定量的な結果の整理を行う必要がある。
最終年度で得られた重要な結果は、多成分流体においても本質的に重要となる非平衡圧力の理解が著しく進んだことである。つまり、非平衡圧力が分子の並進・回転・振動自由度間のエネルギー交換に起因する量であることを示した。エネルギー交換による緩和過程をETの枠組みの中でモデル化し、これまでのETによるアプローチでは困難であった超音波吸収の実験結果を良く再現することに成功した。このモデルは気体分子運動論的アプローチと一致することも明らかにした。また、各内部自由度の緩和を特徴づける温度を導入することにも成功した。さらに、このモデルの実在気体への適用手法を構築することが出来た。
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