2021 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，次項１，２を目的として研究を実施した．
１．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．２．得られた知見に基づき，表面構造や界面材質までを含んだ最適な流体－固体界面を原理的に設計するための方法論を確立する．２０２１年度は最終年度にあたり，実験と数値シミュレーションを並行して実施し，得られた結果の概略を以下に示す．
(実験)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： 水蒸気の凝縮過程への界面微細構造特性の影響について，ナノ構造の間隔をパラメータとして，接触角と熱伝達率計測を行った．本研究で作製した周期ナノ構造はフラット面と比較して，伝熱面の濡れ性を強化し接触角を低下させること，および，低サブクール温度域における熱伝達率を向上させることが分かり，界面ナノ構造による熱輸送特性制御の可能性を示した．
(数値シミュレーション)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の評価：界面微細構造には実験を模擬した周期ナノ構造を用いるとし，その濡れ性を計算パラメータとして，分子動力学シミュレーションを行った．その結果，非定常状態の凝縮時の界面熱抵抗の変化は分子スケールの表面付着率を用いて記述することが可能であることを示すとともに，ナノ構造局所領域の界面熱抵抗変化へ寄与を明らかにした．また，濡れ性や表面構造などの界面特性が気泡核生成時や凝固核生成時の界面近傍における局所熱輸送や局所物理量に及ぼす影響について調査した．その結果，界面特性に依存した分子スケールの局所領域における熱輸送や物理量と臨界核生成の関係を示すことができた．これらの研究成果について国内外の学会にて口頭発表を行っており，今後，学術論文でも公表する予定である．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(19 results)
