2015 Fiscal Year Annual Research Report
実在気体中の衝撃波に関する数理工学的研究とその工学的応用
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25390150
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
杉山 勝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20110257)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 数理工学 / 衝撃波 / 衝撃波面構造 / 非平衡物理 / 圧縮性流体 / 多原子分子気体 / 国際研究者交流 / イタリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
実在気体、すなわち十分希薄な場合の理想気体モデルでは取り扱えないような現実的な気体中の衝撃波現象を、ミクロからマクロレベルまで統一的観点から、数理工学的に研究した。具体的には、以下の３項目の研究を遂行した。
（１）衝撃波内部での強い熱的非平衡状態の熱・力学的特性を明確にした。特に、多原子分子気体中の衝撃波の内部構造は、分子の内部自由度（回転や振動）に強く依存することが実験的知られている。しかしこの実験事実を説明する満足すべき理論は今まで存在していなかった。本研究において、まず、この実験事実を十分に説明できる、拡張された熱力学に基づく理論を確立した。さらに、この理論から導かれる結果と実験結果を比較し、われわれの理論が適切であることを具体的に示した。マッハ数が大きくなると衝撃波内部での非平衡の度合いがつよくなるが、このような場合にも適用可能な非線型構成式をもった拡張された熱力学もあわせて構成した。この非線型理論に基づき、最終年度において、非平衡温度の特異な挙動を明確にした。
（２）衝撃波により誘起される相転移現象（気体から液体への相転移）の熱・統計力学的解析を行った。この研究を遂行するためには、希薄気体とは違って質量密度が大きい気体にも適用できる理論を構築する必要があるが、最終年度の研究により、その構築がほぼ終了した。今後、この理論の特徴を的確に理解すると同時に、その工学的な応用も本格化する必要がある。
（３）微細流路におけるナノ流れでは流体の揺らぎの効果が無視できないが、そこで発生するミクロレベルでの衝撃波現象を解析するための理論的枠組みの構築を行った。また、その工学的応用についても考察を進めた。さらに、最終年度において、衝撃波現象で重要となる、気体の体積粘性率の微視的起源を、熱的揺らぎ理論を用いることにより明らかにした。
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