2021 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of the Nucleation Principle Underlying the Size Distribution Law of Bubble Nuclei Always Present in Water
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19H02068
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
津田 伸一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (00466244)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 聡 九州大学, 工学研究院, 教授 (50304738)
片山 雄介 九州大学, 工学研究院, 助教 (20778815)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水 / 気泡核 / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，水中で発生する多くの気泡生成現象において，その起点になると考えられている気泡核（100マイクロメートル程度以下の微小な気泡）の形成原理を，主として理論的および数値的に解き明かすことである．具体的には，水中の気泡核数（気泡核の数密度）のサイズ分布は，水質の履歴の詳細によらず，概ね一意の分布則に従う傾向を示すことが実験的に知られているが，本研究ではこのような分布則に至る過程に潜む気泡核の形成原理を，微視的視点から解明することを目指している．最終年度となる令和3年度は，意図的に様々な初期サイズ分布を与えた後の気泡核の成長様相を，1億分子程度を用いた比較的大規模な分子動力学（Molecular Dynamics（MD））シミュレーションにより模擬した．3通りの人為的な初期サイズ分布を与えてシミュレートした結果，いずれの場合にも気泡核群の平均半径は，時間の1/2乗に比例して大きくなる様相を示した．この結果は，各気泡核の半径変化を駆動している支配的な物理因子は気液界面における物質移動（つまり蒸発・凝縮）であることに加え，初期条件によらず，気泡核のサイズ分布はある一意の分布に漸近し得ることを物語っている．今年度得られた上記の結果は，微視的空間スケールにおける気泡核の形成履歴（上述のMDシミュレーションでは初期条件に相当）によらず，マクロな極限においては気泡核がある一意の分布に収束し得ることを数値的に初めて示唆したものであり，かつ，実験的事実とも定性的に整合するものである．実際には，流動場の影響を考慮したよりマクロな解析が必須であるものの，微視的観点から上述の新たな知見を得られた点が，今年度の主要な研究成果である．
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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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