2011 Fiscal Year Annual Research Report
異なる三つの法則が支配する非平衡気液界面の分子輸送過程に関するマルチスケール展開
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21246031
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤川 重雄 北海道大学, 大学院・工学研究院, 名誉教授 (70111937)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡部 正夫 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30274484)
小林 一道 北海道大学, 大学院・工学研究院, 助教 (80453140)
矢野 猛 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60200557)
矢口 久雄 北海道大学, 群馬工業高等専門学校, 助教 (20568521)
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| Keywords | 気液界面 / 相変化 / 蒸発・凝縮 / 分子動力学 / 分子気体力学 / 気体論境界条件 / 蒸発係数 / 凝縮係数 |
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| Research Abstract |
本研究は、非平衡気液界面の分子輸送過程を理論および実験の両面からマルチスケール展開に基づいて解明することを目的としてなされたものである。得られた成果は以下のとおりである。1.水およびメタノールの気液界面での凝縮係数を特に平衡状態近傍に的を絞って衝撃波管により測定した。この目的を達成するために、本報告者らが従来から用いていた光干渉計の光電変換回路と信号処理アルゴリズムを改良した。その結果、上記の2つの物質の平衡状態近傍での凝縮係数を正確に測定できるようになった。2.音波共鳴管により水の蒸発係数を296～306Kの温度範囲で測定した。音圧測定用PVDFの検定を行うとともに、音源特性の温度依存性を検討して測定精度を高めた。その結果、上記の温度範囲で水の蒸発係数が1となることを明らかにした。さらに、衝撃波管実験により得られた凝縮係数の値は平衡状態近傍で蒸発係数の値に漸近することを確認した。3.分子気体力学の基礎方程式であるボルツマン方程式を出発点として、任意形状の気液界面を挟んで多原子気体とその液相が蒸発・凝縮を伴いつつ非定常に流動する問題の一般的な定式化を行い、広い範囲の応用問題に適用可能な流体力学方程式系とこれに適合する境界条件の組を導出した。4.単原子分子で構成される平面液膜およびナノ液滴を対象とした分子動力学シミュレーションを行い、平面液膜の遷移層内部の圧力分布、液膜に衝突するナノ液滴のダイナミックスを明らかにした。特に、後者の場合について、周囲気体が凝縮性気体か非凝縮性気体かにより衝突速度に大きな違いが出ることを明らかにした。上の研究により本研究の所期の目的が達成された。
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