| 研究課題/領域番号 |
21K14098
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 琉球大学 |
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研究代表者 |
永島 浩樹 琉球大学, 工学部, 助教 (00759144)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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 | ナノバブル / 分子動力学法 / 三相界線 / ヤングの式 / 力学的バランス / 濡れ性 / 壁面形状 / 壁面温度 / 三相界面 / 力学バランス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は，固体表面のナノバブルを工学的に利用することである．そのために本研究ではナノバブルの三相界面における微視的力学バランスに着目し、それに基づいてナノバブルの形状や個数を制御する方法を構築することを目標とする．この目標を達成するために，固体表面のナノバブルの三相界面における微視的力学バランスメカニズムを特定し，三相界面における微視的力学バランスと巨視的物理量との関係性を解明する．固体表面のナノバブルの三相界面における微視的力学バランスと巨視的物理量との関係性に基づいて固体表面のナノバブルを制御の指針を構築することは本申請の重要なポイントである．
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| 研究成果の概要 |
固体表面ナノバブルの制御指針を得るために、固体壁面のナノバブルの三相界線における微視的力学的バランスを、分子動力学（MD）法を用いて解析を行った。微視的力学バランスの解析は、密度分布より算出したナノバブルの見かけの接触角とヤングの式より算出した接触角を比較することで行なった。ヤングの式における各表面張力は、計算領域を微小領域に分割し、その領域内の圧力をMD法より計算することで算出した。解析は、固体壁面の濡れ性、凹凸などの壁面形状、壁面温度などを変化させて行なった。その結果より、壁面の濡れ性、壁面形状、壁面温度によりナノバブルの形状を制御できる可能性が示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果の学術的意義は、実験では観測が難しい固体壁面上のナノバブルの三相界線の微視的力学的バランスを分子動力学法により解析し、壁面の濡れ性、壁面形状、壁面温度により三相界線の力学的バランスがどのように変化するかを明らかにしたことである。本研究により得られた知見に基づいて、壁面特性により三相界線の力学的バランスをコントールすることで、固体壁面上のナノバブルの形状を制御できると考えられる。固体壁面上のナノバブルは流体の摩擦低減効果，固体表面の伝熱制御，沸騰の初期現象として工学的に重要であり，特に熱工学分野における本研究成果の社会的意義は大きいと考えられる。
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