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蒸発・凝縮を伴う気液二相流のマルチスケール解析手法構築

研究課題

研究課題/領域番号 16J01469
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 流体工学
研究機関北海道大学

研究代表者

今 美沙紀  北海道大学, 大学院工学院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード非定常な正味の蒸発・凝縮 / 流体力学的方程式
研究実績の概要

本研究の目的は蒸発・凝縮を伴う気液二相流のマルチスケール解析手法を構築することである。第一段階として,気液界面における気体論境界条件(ボルツマン方程式のための境界条件)を構築し,気液界面近傍のミクロ領域と遷移領域を接続する。更に,構築した気体論境界条件を用いたボルツマン方程式の解析により流体力学的境界条件を導出し,ミクロ領域とマクロ領域を接続することが本研究の最終目標である。
このための方法として,温度差のある二液膜間における正味の蒸発・凝縮(気液界面を通過する法線方向の質量流束がある状態)について平均場運動論に基づく分子計算を実施した。この計算では,二つの液膜の温度差を変えることで多様な正味の蒸発・凝縮状態を実現することが可能である。
ここまでの研究により,液体温度が時間的に変化しない定常蒸発・凝縮問題を平均場運動論に基づく気液二相系の分子計算を実施することで,蒸発係数・凝縮係数と呼ばれる二つの未知係数を算出し,剛体球分子についての気体論境界条件を構築した。当該年度は,第一に,構築した気体論境界条件を液体温度が時間的に変化するような非定常蒸発・凝縮問題に適用し,定常問題から導出した気体論境界条件の非定常問題への適用可能性を調査した。次に,ここまでの研究により構築した気体論境界条件を用いたボルツマン方程式の解析により,流体力学的境界条件を提案したことが当該年度の主要な成果である。
これにより,従来は一意的に決定することが困難であった蒸発係数・凝縮係数を,非定常蒸発・凝縮下においても決定することが可能となった。非定常正味の蒸発・凝縮下における蒸発係数・凝縮係数を議論し,更にボルツマン方程式の解析結果と分子計算の結果を比較することでこれらの値を検証したのは本研究が初めてである。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Kinetic boundary conditions for vapor-gas mixture2017

    • 著者名/発表者名
      Kazumichi Kobayashi, Kiyofumi Sasaki, Misaki Kon, Hiroyuki Fujii, Masao Watanabe
    • 雑誌名

      Microfluidics and Nanofluidics

      巻: - 号: 3

    • DOI

      10.1007/s10404-017-1887-6

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Kinetic boundary condition in vapor-liquid two-phase system during unsteady net evaporation/condensation2017

    • 著者名/発表者名
      Misaki Kon, Kazumichi Kobayashi, Masao Watanabe
    • 雑誌名

      European Journal of Mechanics B-Fluids

      巻: - ページ: 81-92

    • DOI

      10.1016/j.euromechflu.2016.12.001

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation on kinetic boundary condition of gas-vapor binary mixture2016

    • 著者名/発表者名
      Kazumichi Kobayashi, Kiyofumi Sasaki, Misaki Kon, Hiroyuki Fujii, Masao Watanabe
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1786 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular simulation of evaporation mass flux during net evaporation/condensation2016

    • 著者名/発表者名
      Misaki Kon, Kazumichi Kobayashi, Masao Watanabe
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1786 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Liquid temperature dependence of kinetic boundary condition at vapor-liquid interface2016

    • 著者名/発表者名
      Misaki Kon, Kazumichi Kobayashi, Masao Watanabe
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 99 ページ: 317-326

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.03.088

    • NAID

      120006491476

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 二成分ボルツマン方程式を用いた蒸気および非凝縮性気体から成る球形気泡の運動に関する数値計算2016

    • 著者名/発表者名
      永山 貴大, 今 美沙紀, 小林 一道, 渡部 正夫, 藤井 宏之, 高比良 裕之
    • 学会等名
      キャビテーションに関するシンポジウム(第18回)
    • 発表場所
      九州大学医学部百年講堂(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-12-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 蒸気と気体で満たされた球形気泡の収縮・膨張運動に関する分子気体力学解析2016

    • 著者名/発表者名
      永山 貴大, 今 美沙紀, 小林 一道, 渡部 正夫, 藤井 宏之, 高比良 裕之
    • 学会等名
      第94期 流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学工学部(山口県宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Molecular simulation of evaporation mass flux during net evaporation/condensation2016

    • 著者名/発表者名
      Misaki Kon, Kazumichi Kobayashi, Masao Watanabe
    • 学会等名
      30th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 発表場所
      University of Victoria (Victoria, Canada)
    • 年月日
      2016-07-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular dynamics simulation on kinetic boundary condition of gas-vapor binary mixture2016

    • 著者名/発表者名
      Kazumichi Kobayashi, Kiyofumi Sasaki, Misaki Kon, Hiroyuki Fujii, Masao Watanabe
    • 学会等名
      30th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 発表場所
      University of Victoria (Victoria, Canada)
    • 年月日
      2016-07-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical simulation of vapor-gas bubble dynamics based on molecular gas dynamics,” International Conference on Multiphase Flow2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nagayama, Misaki Kon, Kazumichi Kobayashi, Masao Watanabe, Hiroyuki Fujii, and Hiroyuki Takahira
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Palazzo dei Congressi (Firenze, Italy)
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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