| 研究課題/領域番号 |
21K03866
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 群馬工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
矢口 久雄 群馬工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (20568521)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 微小液滴 / 気液界面 / 蒸発・凝縮 / 分子動力学 / 液滴 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
凝縮係数とよばれる物性値について，微小な液滴の気液界面における界面曲率の影響ならびに不純物による影響を独自の分子動力学シミュレーションプログラムを用いて明らかにする．従来は考慮されていなかったこれらの影響を定式化し，微小液滴の成長を記述する既存モデルを改良する．これにより，水蒸気タービンやインクジェットプリンタ，液滴衝突を利用した半導体洗浄における流体制御などの工学的応用を始めとして，いま深刻な社会問題となっている新型コロナウイルス感染拡大における飛沫・エアロゾル伝播，集中豪雨・局地的大雨などのメソスケール顕著現象の予測精度向上に貢献する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，微小液滴の気液界面を対象として，気液間の質量・運動量・エネルギー輸送に関わる重要なパラメータである凝縮係数に及ぼす界面曲率の影響ならびに不純物による影響について，独自に開発した分子動力学シミュレーションプログラムを用いて定量的に明らかにする．従来は考慮されていなかったこれらの影響を定式化することで，微小液滴の成長を記述する既存モデルに改良を施し，水蒸気タービンやインクジェットプリンタ，液滴衝突を利用した半導体洗浄における流体制御などの工学的応用を始めとして，いま深刻な社会問題となっている新型コロナウイルス感染拡大における飛沫・エアロゾル伝播，集中豪雨・局地的大雨などのメソスケール顕著現象の予測精度向上に貢献することを目的とする．研究期間全体を通じて得られた研究成果は以下のとおりである：
(1) 単原子分子であるアルゴンを対象物質とした分子動力学シミュレーションにおいて，気液界面の圧力分布を力学的定義に基づいて正確に求めるための統計処理を実装したプログラムを並列化することで大幅な高速化を達成し，液滴半径2～10 nmの範囲においてKelvin効果および表面張力の液滴半径依存性について定量的に明らかにした．
(2) 系に不純物としてのネオン分子を任意の個数追加する拡張を行い，アルゴンのナノ液滴とその蒸気の気液平衡系において，ネオンのモル分率が液相密度や気相密度に与える影響について検討し，特に気相におけるアルゴンのKelvin効果とネオンの気相密度の関係性などを定量的に明らかにした．
(3) アルゴンのナノ液滴を任意の角速度によって回転させるプログラムの拡張を行い，回転するナノ液滴の角速度が，周囲蒸気の状態に与える影響を明らかにした．
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