2018 Fiscal Year Annual Research Report
Determination of kinetic boundary conditions for gas-vapor binary mixture and its application
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16K06064
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小林 一道 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80453140)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 宏之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580)
渡部 正夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30274484)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Boltzmann方程式 / 蒸発・凝縮 / 2成分混合気体 / 気泡崩壊 / 気体論境界条件 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成３０年度は，これまでの研究で得られた蒸気-非凝縮性気体の気体論境界条件を用いて，平成２９年度と同様に，蒸気分子とほんの非凝縮性気体分子の混合気体で満たされた球形気泡の崩壊問題に取り組んだ．気泡内部は二成分ボルツマン方程式を用いて，球形気泡の運動方程式にはFujikawa-Akamatsuの式を用い，それらを融合した数値解析を行った．本研究より，明らかとなった知見を以下に示す．
(1)気泡崩壊時において，その気液界面には非凝縮性気体で構成される非常に薄い層が形成される．また，非凝縮性気体の初期濃度が低くなるほど，多くの非凝縮性気体分子が気液界面に溜まることが明らからかとなった．
(2)気泡崩壊時の最大温度場を調べると，初期気泡濃度が極めて薄くなると気液界面近傍に最大温度場が形成されるが，初期気泡濃度が濃くなるにつれ，気泡中心において最大温度をとることがわかった．これらの結果より，気泡内部に発生する衝撃波の発生条件について整理した．
(3)非凝縮性気体の初期濃度に応じて気泡内部温度分布が変化することを，気泡内部のクヌーセン数(Kn数)を用いて整理した．また，この気泡崩壊に伴うKn数について，簡単な推算方法を提案した．この手法を用いることで数値計算を行うことなく，簡単に気泡崩壊時の内部流れについて，その非平衡度合いを整理することが可能となった．
(4)平成29年度までの結果について論文を執筆し，英文国際誌(Journal of Fluid Mechanics)に採択された．また，希薄気体の国際会議（31st Rarefied Gas Dynamics）でも本研究結果を発表した．また，国内学会においても本研究の発表を行った．更に平成30年度の結果についても論文をまとめる予定である．
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