2021 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of molecular dynamics data basis for prediction and design of thermophysical properties of liquids
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20K04300
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40211833)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱物性 / 分子動力学 / 液体 / 熱伝導 / 分子熱流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体の熱伝導率を決定している分子スケールのメカニズムを分子間・分子内の力学的エネルギーの伝搬に求め、このエネルギー伝搬を分子動力学シミュレーションにより定量的に観測する独自の解析法を用いて、様々な液体中で生じている分子間・分子内エネルギー伝搬の大きさと発生密度（頻度）を網羅的に調べるのが本研究の計画である。液体種として、比較的単純な分子によるものから複雑なもの、実用上重要なものにデータ蓄積を進め、さらにパラフィンなどPCM（相変化物質）として重要なソフトマターまでを対象とする。正確な物性値を得るための計算法の開発や分子間モデルの吟味も研究対象である。得られた分子間・分子内エネルギー伝搬の定量データを特徴的な原子団（官能基）ごとに分類し、加算性に注意しながら整理することにより、液体分子の原子団構成と液体に発現する熱伝導率との間に機序を見出す。物性値が既知の物質についてこの手法を確立し、未知の物質の熱伝導率予測や所望の熱伝導率をもつ液体の分子設計を可能にするデータ基盤を確立することを目的とする。
本年度は、実用上重要な各種フルオロカーボンに研究対象を広げて熱輸送特性の解析を進めると共に、様々な研究分野で用いられる水の分子モデルについて比較検討を行った。フルオロカーボンの鎖長やセミフルオロカーボンの構造などをパラメータとして、多様なケースを比較検討し、その特性の変化を明らかにした。また、世界で広く用いられる主要な水モデルに対する同一条件での解析により、それぞれのモデルの熱物性値再現性を明らかにした。
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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
フルオロカーボン等実用に用いられる複雑な分子からなる液体の解析に研究を進めた。また、水の分子モデルの性能を吟味した結果は、世界で多くの研究者が利用することができる。これらのことから、研究はおおむね順調に進展しているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、フルオロカーボン（パー・セミ）について得られたデータを整理し、その特性を抽出してまとめる。水モデルの特性についての解析結果も同様である。また、アンモニアについて、近年の脱カーボンで重要性が増しており、極限状態や固液界面など条件も多様化していることから、反応分子モデル（ReaxFF）も含めて各種モデルの評価を行いたい。PCM（相変化物質）については、パラフィンの解析は種々行っているが、他の特徴的な物質についての解析を検討している。
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| Causes of Carryover |
研究の進展に従っておおむね順調に経費を支出したが、学会発表に伴う旅費の支出の減少や、論文発表のタイミングから掲載費用の支出がなかったこと、大学院生が研究に参加して雇用のための費用が発生したことなど、当初計画からのずれはあった。2022年度は研究のまとめにかかり、学会発表の経費や論文掲載料が大きく増加するものと予想され、2021年度からの繰り越しも含めて使用することが必要になる。
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Research Products
(5 results)
