2018 Fiscal Year Annual Research Report
分子間エネルギー輸送機構に基づく，相変化を伴う複雑な流体－固体界面熱輸送の設計
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18H01382
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
芝原 正彦 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40294045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植木 祥高 大阪大学, 工学研究科, 助教 (50731957)
藤原 邦夫 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60800852)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 界面 / エネルギー輸送 / 分子動力学 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，分子間エネルギー輸送機構に基づき熱流を直接可視化することで，相変化を伴う複雑な流体－固体界面における熱輸送現象を高時空間分解して解明することを研究目的として，以下の事項を実施した．
まず，界面微細構造が流体－固体界面における巨視的な熱輸送特性へ与える影響の評価を実験的に行うために，凝縮相変化過程における界面熱抵抗あるいは熱伝達率を測定可能な実験装置を構築した．また，一辺が１００ナノメートルの正四角柱構造を伝熱面に周期的に作成する必要があるため，その作成方法の最適条件を検討するためにさまざまな条件で伝熱面の試作を行った．次年度以降，これらの実験装置を用いて，実験を行う予定である．
次に，界面微細構造が分子間エネルギー輸送機構ならびに流体－固体界面熱輸送に及ぼす影響を評価するために，ナノメートルスケールの球状粒子や四角柱構造が界面熱輸送機構に及ぼす影響について非平衡分子動力学シミュレーションを行った．そのために，液体相が平行な固体層に挟まれた計算系を用いて，上下固体層の制御温度を変化させて系内に熱流束を発生させることで，界面熱抵抗や界面近傍領域の熱流束の構成成分を明らかにすることが可能となった．次に，気液相が同様の平行な固体層に挟まれた計算系を用いて，凝縮時の局所的かつ時間分解された界面熱抵抗を測定することを可能とした．本計算系を用いることで，次年度以降，界面微細構造が界面熱抵抗に与える影響を評価する予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，分子間エネルギー輸送機構に基づき熱流を直接可視化することで，相変化を伴う複雑な流体－固体界面における熱輸送現象を高時空間分解して解明することを研究目的としているが，初年度において，実験系や分子動力学シミュレーション系の構築がおおよそ完成しており，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度において構築した実験系や分子動力学シミュレーション系を用いて，凝縮時における微細構造が界面熱輸送に与える影響を，実験ならびに分子動力学シミュレーションを用いて明らかにしていく．
そのために，次年度は以下の研究計画を考えている．
実験では，界面微細構造特性をパラメータとして，巨視的な熱伝達率や界面熱抵抗の計測を行うことを予定している．
数値解析では，実験条件に対応した水分子を用いた凝縮現象をシミュレート可能な大規模計算モデルを作成し，非平衡分子動力学シミュレーションを行って，非定常状態の凝縮時の局所瞬時の界面熱抵抗を計測する．
以上のことより，時空間平均化された界面熱抵抗値を実験結果の傾向と比較して結果の妥当性を検証し，その後，シミュレーション結果を用いて界面微細構造特性が空間分解された界面熱抵抗に及ぼす影響について明らかにする．
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Research Products
(9 results)
