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ミクロからマクロまでのスケールを統一的に扱える「界面」現象理論と解析手法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 15J00778
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 化工物性・移動操作・単位操作
研究機関大阪大学

研究代表者

山本 卓也  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2016年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードMarangoni convection / Numerical simulation / Micro-scale phenomena / マランゴニ対流 / 微小スケール / 数値シミュレーション / VOF法 / Langevin方程式 / 熱・物質輸送
研究実績の概要

前年度に引き続き、ミクロからマクロまでのスケールを統一的に議論する解析手法を構築するため、マクロスケールの現象を表現でき、ミクロスケールに拡張できるモデルを開発した。前年度に開発した解析手法は以下の通りである。
1.高精度に気液界面を追跡する混相流解析手法(連続体近似による方法)、2.ミクロスケールを表現するための物質輸送に対する粒子挙動解析手法(離散的な方法)、3.連続体的な手法と離散的な手法を連成する方法
3で示した計算手法の構築には前年度に成功していたが、その離散的な方法と連続体近似による手法を連成した計算手法の検証、離散的な方法での相互作用の影響を取り入れられていなかった。さらに、新規計算手法を用いた場合に、実際の現象がどの位微小スケールで変化するかの計算も行えていなかった。そこで、今年度は以下の方法でこれらの問題に取り組んだ。
1. 連続体と離散的な手法を連成した場合の方法に対しての検証、2. 離散的な手法へ相互作用の影響を取り入れるように計算プログラムを変更、3. 実際に分子動力学法と連続体力学手法の方法、新規数値モデルを用いた場合の3パターンで比較し、新規モデルでの物理現象の確認
これらを行い、新規開発した計算手法の健全性、モデルが表現できる物理現象の限界を探った。実際に、新規開発した計算手法では連続体近似による手法と、分子動力学方による手法の間の計算結果となることが判った。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Validation of the S-CLSVOF method with the density-scaled balanced continuum surface force model in multiphase systems coupled with thermocapillary flows2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y, Okano and S. Dost
    • 雑誌名

      Int. J. Numer. Meth. Fluids

      巻: 83 号: 3 ページ: 223-244

    • DOI

      10.1002/fld.4267

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical investigation of the transport phenomena occurring in the growth of SiC by the induction heating TSSG method2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, N. Adkar, Y. Okano, T. Ujihara and S. Dost
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth

      巻: - ページ: 50-54

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.12.086

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Global simulation of the induction heating TSSG process of SiC for the effects of Marangoni convection, free surface deformation and seed rotation2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y. Okano, T. Ujihara and S. Dost
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth

      巻: 470 ページ: 75-88

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2017.04.016

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Simulation of the Effect of Free Surface Shape on Marangoni Convection in a Liquid Film Sustained in a Circular Ring with Different Prandtl Numbers2016

    • 著者名/発表者名
      N. Adkar, T. Yamamoto, Y. Takagi, Y. Okano and S. Dost
    • 雑誌名

      International Journal of Microgravity Science and Application

      巻: 33 号: 3 ページ: 330309

    • DOI

      10.15011/jasma.33.330309

    • NAID

      130007842600

    • ISSN
      2188-9783
    • 年月日
      2016-07-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A numerical simulation model by volume averaging for the dissolution process of GaSb into InSb in a sandwich system2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, H. Mirsandi, X. Jin, Y. Takagi, Y. Okano, Y. Inatomi, Y. Hayakawa and S. Dost
    • 雑誌名

      Numer. Heat Tr. B-Fund.

      巻: 70 号: 5 ページ: 441-458

    • DOI

      10.1080/10407790.2016.1230397

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of a numerical model for Marangoni convection in the micro-scale environment2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y. Okano and S. Dost
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science and Technology

      巻: 11 号: 3 ページ: JTST0036-JTST0036

    • DOI

      10.1299/jtst.2016jtst0036

    • NAID

      130005252712

    • ISSN
      1880-5566
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical investigation of oscillatory thermocapillary flows under zero gravity in a circular liquid film with concave free surfaces2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y. Takagi, Y. Okano, and S. Dost
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 28 号: 3 ページ: 032106-032106

    • DOI

      10.1063/1.4943246

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Numerical simulation of the transport phenomena occurring during the growth of SiC crystals by the RF-heating TSSG method2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, J. Sakamoto, Y. Okano, T. Ujihara, and S. Dost
    • 学会等名
      Asian Conference on Thermal Sciences 2017 (ACTS)
    • 発表場所
      JCC Jeju (Jeju, Korea)
    • 年月日
      2017-03-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical investigation of solutal Marangoni convection in a nano-scale and comparison with that in a macro-scale2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Imai, T. Yamamoto, Y. Okano, R. Sato, and Y. Shigeta
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Micro and Nano Technology (ISMNT6)
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液膜内サーモキャピラリー対流の流動方向に対するメカニズム解明2017

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、岡野泰則
    • 学会等名
      化学工学会第 82 年会
    • 発表場所
      芝浦工大(東京都江東区)
    • 年月日
      2017-03-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Molecular dynamics simulation of atomic-scale solutal Marangoni convection2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Imai, T. Yamamoto, Y. Okano, R. Sato, and Y. Shigeta
    • 学会等名
      23th Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE2016)
    • 発表場所
      Petro hotel (Vung Tau, Vietnam)
    • 年月日
      2016-10-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Marangoni 効果に対する空間スケールの影響に関する数値解析2016

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、今井耀介、岡野泰則、佐藤竜馬、重田育照
    • 学会等名
      化学工学会第48秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県徳島市)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] TSSG 法による SiC 結晶成長炉内移動現象に関する数値シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、岡野泰則、宇治原徹
    • 学会等名
      化学工学会第 48 秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県徳島市)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Numerical investigation of the transport phenomena occurring in the growth of SiC by the Induction Heating TSSG method2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, N. Adkar, Y. Okano, T. Ujihara, and S. Dost
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE18)
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微小スケールにおける熱物質輸送を伴う気液混相流解析手 法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、岡野泰則
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Numerical investigation of Marangoni convection in a micro-scale environment2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto and Y. Okano
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      アメリカ
    • 年月日
      2016-03-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ流動・伝熱現象に対する数値シミュレーションモデルの開発2016

    • 著者名/発表者名
      山本卓也
    • 学会等名
      マイクロ流動マイクロ伝熱現象に対する化学工学的アプローチの探索
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ流動場におけるMarangoni対流に関する数値解析2015

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、岡野泰則
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2015
    • 発表場所
      大阪府吹田市
    • 年月日
      2015-10-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 円形液膜内振動Marangoni対流に対する数値解析2015

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、高木洋平、岡野泰則
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2015
    • 発表場所
      東京都目黒区
    • 年月日
      2015-09-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Liquid film volume effect on unsteady thermocapillary flow due to hydrothermal wave in a thin circular liquid film2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y. Takagi, Y. Okano and S. Dost
    • 学会等名
      The joint conference of 6th International Symposium on Physical Sciences in Space (ISPS6) and 10th International Conference on Two-Phase Systems for Space and Ground Applications (ITTW2015)
    • 発表場所
      京都府京都市上京区
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 温度差Marangoni対流を考慮したS-CLSVOF法の開発と検証2015

    • 著者名/発表者名
      山本卓也、岡野泰則
    • 学会等名
      化学工学会第47回秋季大会
    • 発表場所
      北海道札幌市
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Verification and validation of thermocapillary flow instability in straight and deformed half-zone liquid bridges by OpenFOAM2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, Y. Takagi, Y. Okano and S. Dost
    • 学会等名
      10th OpenFOAM workshop
    • 発表場所
      アメリカ
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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