| 研究課題/領域番号 |
19H02068
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
津田 伸一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (00466244)
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| 研究分担者 |
渡邉 聡 九州大学, 工学研究院, 教授 (50304738)
片山 雄介 九州大学, 工学研究院, 助教 (20778815)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 水 / 気泡核 / 分子動力学 / 光学計測 / サイズ分布 / 熱ゆらぎ / ナノバブル / 安定性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
日常生活で用いられる流動中の水道水を微視的に観察すると，肉眼ではまず捉えられない非常に小さな気泡（気泡核）が多数混在している．また，気泡核のサイズと気泡核の個数の関係（気泡核のサイズ分布）には，べき乗則と呼ばれる分布則が成り立つことが知られているが，この分布則に隠された気泡核の形成原理は解明されていない．本研究では，水中の代表的な不純物が気泡核のサイズ分布に及ぼす影響を計測により評価するとともに，この計測結果を模擬し得る気泡核形成モデルを，分子動力学シミュレーションと呼ばれる微視的な計算手法を援用したうえで構築する．これにより，気泡核の分布則に反映される気泡核の形成原理を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
流れる水の中に含まれている肉眼では見えない微小な気泡（気泡核と呼ばれる）の大きさの分布は，水質の詳細な違いによらず，概ねある特定の分布に近い傾向を示すことが実験的に知られている．本研究では，気泡核の大きさが特定の分布に近づく傾向をどの程度強く示し得るのかについて，分子動力学法と呼ばれるコンピュータを用いた模擬実験により調査した．その結果，気泡核サイズの最初の状態に大きく依存することなく，ある特定のサイズ分布に近づく傾向を強く示し得ることがわかった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
水中に含まれる気泡核の大きさの分布が，少なくとも分子のスケールと同程度の大きさの気泡核の状態にはほとんど依存することなく，ある特定の分布に近づいていく傾向があることを，コンピュータを用いた模擬実験によって，世界的に初めて示した点が学術的な意義である．一方で，この模擬実験によって得られるサイズの分布は，実験的に計測されている分布とは一致しておらず，分子のスケールよりも大きな空間スケールにおける研究の必要性を新たな学術的課題として示した点も，本研究成果の一つの意義となっている．
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