2018 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ熱流動場における実在表面に対応した境界条件の研究
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18K03946
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山口 浩樹 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50432240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 佑 早稲田大学, 理工学術院, 准教授(任期付) (20402513)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 高クヌッセン数流れ / 適応係数 / 散乱分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ熱流動場ではクヌッセン数が大きくなるため，固体表面における境界条件が大きく影響する．しかし，実在の表面に対する境界条件を高精度に表現することは容易ではない．この境界条件とは分子の固体表面における散乱過程のことであり，代表的なパラメータとして分子の固体表面への平均的な適応割合を示す適応係数が知られており，熱輸送に関するエネルギー適応係数（EAC）や流動抵抗に関する接線方向運動量適応係数（TMAC）が実験的に計測されている．そこで，散乱過程に対する異なる統計平均量であるこれら二つの適応係数を同じ固体表面試料に対して比較解析することで，高クヌッセン数となるマイクロ熱流動場における実在表面に対する境界条件を提案することを目指す．
初年度は，TMACに対する2つの計測システムの設計を実施した．まずは，エネルギー適応係数の計測において従来から固体表面試料として利用されている金属細線に対するTMACの計測を可能にする同心二重管による計測システムである．温度飛躍係数を通して計測されてきたEACに対し，同じすべり流領域において速度すべり係数を通してTMACを計測することが期待される．もう一方は，粘性真空計を参考に，一定間隔の2枚の平行円盤を真空中に配置し，一方を回転させたときに他方が受ける粘性力を圧力の関数として計測することでTMACの計測を行う．申請者らが開発した同心球殻系のEAC計測システムと同じ固体表面試料を用い，同じ自由分子流領域におけるTMACの直接計測が期待される．
また，境界条件モデルに対する解析を実現できるよう，数値解析コードの作成も実施した．統計平均量の取り方を工夫することにより実験と同等の条件を実現し，既存の境界条件モデルに対するEACやTMACを導出できるようにした．まずは与えたパラメータセットと，EACやTMACとの関係を調査している．
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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
当初の計画通り，同じ固体表面試料に対して二つの適応係数を計測して比較できるようにするための計測システムの設計を進めている．また，2種類のアプローチをとることにより，どちらかの計測に成功すれば研究が問題なく進められるように工夫している．
境界条件モデルに関しても，既存のモデルを再現する数値解析コードを作成し，検証も完了した．現在，与えたパラメータセットと得られる統計平均量であるEACやTMACとの関係を調査している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は2つの計測システムの構築を行い，実際にTMACの計測を試みる．また，TMACの計測条件がEACの計測条件と大きく乖離しないよう，現有のEACの計測システムの改良も行う．
境界条件モデルに関しては，パラメータセットとEACやTMACの関係性を整理するとともに，適応係数の値からパラメータセットを特定できるような解析手法の確立を目指す．
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| Causes of Carryover |
同じ固体表面試料に対して異なる流れ領域においてTMACを計測するシステムの設計を進めており，2種類のアプローチを試みている．特に，粘性真空計を参考にした計測システムにおいては極低摩擦の軸受が必要となるなど，慎重な設計が求められることが明らかとなったため，次年度使用額が生じた．設計が完了次第，計測システムの構築を行う．
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