2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of non-equilibrium phase change at gas-liquid interface mechanism for mixture gas and its application to molecular multi-phase fluid dynamics
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20K04277
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小林 一道 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80453140)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 宏之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580)
渡部 正夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30274484)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 気液相変化 / 気体論境界条件 / 凝縮係数・蒸発係数 / Boltzmann equation / 混合気体 / Enskog-Vlasov equation |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案研究は，混合気体に接した気液界面における気体論境界条件を構築し，様々な分野に本研究成果を展開することである．2022年度はこれまでの研究結果を踏まえ，主に以下の３つの研究を行った．
１．分子シミュレーション（分子運動論および分子動力学シミュレーション）を用いて，非平衡気液界面における気体論境界条件の構築を行った．特に今年度は超音速で移動する気液界面における蒸気分子の蒸発係数（蒸発確率）と凝縮係数（凝縮確率）を調べた．本結果より，高速で移動する非平衡気液界面における蒸発係数と凝縮係数の値は，これまでに求めた平衡状態の値とほぼ変わらないことが明らかとなった．これにより，初期液体温度などの条件にもよるが，平衡状態の蒸発係数および凝縮係数を求めておけば気体論境界条件を構築できることが確認された．
２．昨年度に引き続き，分子動力学解析を用いて，固体壁と液体に挟まれた希薄気体のクエット流れについて解析を行った．この研究より，気液界面における気体論境界条件の位置や関数形の検証を行った．本研究より，１の研究で指定していた気体論境界条件の位置は妥当であることが示唆された．また，高Kn数流れになるほど，気液界面の境界条件が，分子の後方散乱の影響によって平衡状態の関数形とは異なる非等方分布になることが示唆された．
３．分子動力学解析を用いて，多原子分子（エタノール，水，イソオクタン）の蒸発現象について検証した．分子動力学計算を用いて気液平衡系を作成し，１の研究で提案した方法を用いて液体から蒸発する分子の蒸発係数について調べた．その結果，異なる多原子分子であっても，気液界面近傍の局所的なKn数を用いることで，これらの値を整理できることが示唆された．
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