2014 Fiscal Year Annual Research Report
量子性を考慮した水素流動現象解析のための分子動力学シミュレータの構築
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24360065
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10312662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津田 伸一 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00466244)
坪井 伸幸 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40342620)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 分子流体工学 / 量子効果 / 水素 / 輸送物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は水素分子の量子性が拡散係数や熱伝導率に与える影響について解析を行った。計算にはセントロイド分子動力学法および古典分子動力学法を用いた。拡散係数はGreen-Kuboの方法を用いて評価した。計算は様々な温度条件にて行い、拡散係数に対する量子効果の影響が温度条件によりどのように変化するかを解析した。この2つの計算結果は、対応状態原理に基づいて還元密度、還元温度が一致する条件で比較を行った。この両者を比較した結果、セントロイド分子動力学法の計算結果と古典分子動力学法の計算結果はほとんど変化がなく、拡散係数に対する量子効果の影響は現れないことが明らかとなった。しかしながら、これは分子の拡散メカニズムに対する量子効果の影響が小さいことを意味しているのではなく、水素分子の量子効果は分子間ポテンシャルの井戸および分子径に大きく影響するが、その効果が拡散係数に相反して現れるため、全体として影響が少なく見えることが明らかとなった。
また熱伝導率に関しては、量子効果を考慮することによって、古典分子動力学法の範疇で予想される熱伝導率よりも小さくなることが明らかとなった。この傾向は実験結果とも一致するものである。さらに、量子効果を考慮することによってエネルギー輸送量が減少することも確認された。また、そのエネルギー流束を構成するそれぞれの項の寄与を評価したところ、量子効果を考慮したことによる分子間ポテンシャルの変化のために、分子移動による分子間ポテンシャルエネルギーの輸送量と分子間相互作用によるエネルギー輸送が減少し、これが系全体のエネルギー輸送の減少の原因となっていることが明らかとなった。
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| Research Progress Status |
26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 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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