2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanical and thermodynamic understanding of dynamic wetting through the connection between microscopic and macroscopic mechanics
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20J20251
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
楠戸 宏城 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 動的接触線 / 一般化ナビエ境界条件 / Youngの式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
濡れ現象を取り扱う際，マクロスケールの平衡状態では，固体表面上における固気液三相の交線である接触線に対する固気・気液・固液の界面張力のつり合い式として，Youngの式が成立することが前提とされる．しかし，Youngの式は物理的・化学的に均一な固体壁面上の平衡状態の接触線に対するつり合いを記述したものであり，ナノスケールにおいて厳密に成立するかは定かではない．また，接触線が動的に移動する際に現れる前進・後退というヒステリシスについては，未だ流体力学の未解明問題のひとつであり，動的に移動する接触線に対する各界面張力のつり合い関係を詳細に議論した研究例は少ない．そこで本研究では，濡れ現象のうち，特に，固気液三相の接触線が固体壁面に対して定常的に移動する際の，接触線に対する各界面張力・摩擦力・粘性応力のつり合い関係を整理することを目的として，接触線近傍の詳細な流れ場・密度・応力の分布に関する分子動力学解析を行う．その際，体積平均された応力でなく，面積平均された応力を計算することによって，検査面を適切に設定した場合，その面に作用する力を界面張力と関連付けられる．
本年度は，定常非平衡系の応力の算出方法の確立，および，粘性応力の抽出方法の提案を行った．これらにより，動的接触線近傍の詳細な応力分布の算出が可能となり，動的接触線に対する力学関係が，各界面張力・摩擦力・粘性応力のつり合いに書き換えられる可能性が示唆された．
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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
本研究で取り扱う動的接触線に対する力学関係を整理するためには，移流の影響を排除した応力の計算と，粘性応力の抽出が必要不可欠である．本年度の研究成果により，まず，定常非平衡系における応力の計算が可能となり，これは動的現象の運動量保存則を取り扱う際には大変有用な方法論である．また，理論的正当性の証明にはいまだ至ってはいないが，本年度の研究により，粘性応力の抽出方法の提案ができた．これにより，動的接触線に対する力を，界面張力と粘性応力に切り分けることが可能となり，動的接触線近傍の詳細な応力解析が可能となる．
以上により，本年度の研究により，動的濡れ現象の理論的解明についての突破口を開けたため，本研究はおおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究で，粘性応力の抽出方法の提案をしたが，いまだ理論的に正当さを証明するには至っていない．そこで次年度は，まず，その粘性応力の抽出方法の証明，または新たな方法論の提案をする必要がある．それを踏まえて，提案した方法論により抽出した粘性応力と，各界面張力・摩擦力がつり合うことを確認する．そして，動的接触線近傍に形成される特異な粘性応力．摩擦力の分布に関する解析を進め，最終的には接触線のつり合い式に対する動的効果の定式化をする予定である．
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