2013 Fiscal Year Annual Research Report
気液界面の分子動力学と分子気体力学の包括的統合による非線形非平衡流体力学の新展開
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23246034
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
矢野 猛 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60200557)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 一生 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10115777)
高田 滋 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60271011)
渡部 正夫 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30274484)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 非平衡 / 流体力学 / 分子動力学 / 希薄気体力学 / 気液界面 / 蒸発・凝縮 |
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| Research Abstract |
非線形非平衡流体力学という新しい学問領域を創設し、関連する学問分野の中で広く認知されることを目指して、下記の課題に取り組みいくつかの重要な成果を得た。(1) 流体力学を非線形非平衡の現象に適用可能となるように整備するに先立ち、分子スケールの系の振る舞いを分子動力学法によって解析し、連続体力学理論との差異および整合を検討した。具体的には、直径が高々数ナノメートルである円柱状の液体の静止状態の安定性について詳細な解析を行って、連続体力学理論による安定限界の予測との定量的差異が、分子スケールの表面張力に起因することを実証した。結論として、流動の特性が非圧縮的である場合には、分子スケールであって、かつ、局所温度のゆらぎが大きく、完全な連続体力学理論との整合が実現されなくとも、流動特性は連続体力学理論の予測に従うことが明らかになった。(2) 非線形非平衡流体現象の基本問題としての気液界面における気体論境界条件の決定を目指す大規模長時間の分子動力学計算を行った。とくに、液相領域に人為的な操作を施すことなく非線形非平衡定常状態を実現するための計算手法を確立させ、これを基にして、分子の速度分布関数を構築した。気体論境界条件の確定のためには、今後もさらなる研究が必要である。(3) 複数の分子種からなる気液混合系の平衡状態と非平衡状態に対して、ボルツマン方程式と分子動力学による数値計算を用いて詳細な解析を行った。具体的には、平衡状態の気液２相系とその気液界面からの蒸発・凝縮、さらに、音響的な振動にさらされる混合気体の解析を行って、分子種ごとの質量・運動量・エネルギー輸送が系全体の非平衡性を決定することの示唆を得た。この問題は今後のさらなる研究の主要な課題となる。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25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 |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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