乱流の分子論的研究-分子動力学系に内在する不安定性と巨視的不安定現象の関係解明-

• Project/Area Number: 08750183
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 長谷川 学 筑波大学, 電子・情報工学系, 講師 (10212143)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 分子動力学 / 計算機実験 / レイリー-ベナ-ル対流 / 不安定現象 / 混合性

Research Abstract

研究計画に沿って、まず、種々の単一剛体多角形分子を用いた分子動力学法による巨視的静止平衡状態の解析を行い、系の微視的不安定性に対する検討を行った。次に、レイリー-ベナ-ル対流の分子動力学法による解析を通常用いられる円板分子で行い、巨視的現象の特徴付けをした後、同じ解析を種々の形状の分子を用いて行い、微視的不安定度が対流構造の出現等に及ぼす影響を調べた。本研究で得られた知見、成果は以下の通りである。
1 回転を考慮しない、同じ方角を向いた剛体多角形分子系(特に傾いた正方形分子系)に、2分子の辺が接触した時に弾性衝突が起きるという衝突のダイナミクスを与えることで、鏡面反射壁を持つ箱の中で、種々の微視的不安定度(1粒子のとる速度分布の平衡分布への緩和の度合い)を持つ系を構成できることがわかった。これらは、系の混合的性質が巨視的現象に及ぼす影響を調べるための計算機実験におけるモデル系として活用できる。
2 円板分子を用いて、正方形領域におけるレイリー-ベナ-ル対流の出現過程を詳細に調べたところ、小さな対流の出没が認められる程度の温度差から、1つの対流構造が安定に維持されるようになる温度差までの、遷移領域をとらえることができた。そこでは対流の回転方向の逆転過程を観察し、解析を加えることができる。温度差の上昇に伴い対流の速度は増し、対流構造の持続時間も長くなる。
3 微視的不安定度の異なる分子系を用いた解析から、微視的不安定性と巨視的現象の間に有意な関係があり、巨視的現象の具現化において、微視的には、混合的性質を生み出すようなカオス的な衝突のダイナミクスの必要性が認められた。これについては、今後も、微視的要因と巨視的現象の特徴付けに対して検討を加えることで、より直接的な因果関係の解明につなげていきたいと考えている。