| 研究課題/領域番号 |
23K22671
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01400 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
山口 康隆 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30346192)
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| 研究分担者 |
Surblys Donatas 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (20812663)
大森 健史 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70467546)
菊川 豪太 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (90435644)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2025年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
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| キーワード | 分子動力学 / 濡れ / 界面 / 界面張力 / 非平衡 / 熱流体場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ミクロの分子運動に支配される系とマクロの流体力学の接続を行う目的で、1) 動的な系における界面張力、2) 接触線近傍における固体と流体の間のすべり境界条件、のふたつについて、分子動力学計算の結果をマクロの場の方程式系に落とし込める形にモデル化する方法論を構築する。
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| 研究実績の概要 |
非平衡の濡れを扱うため、固体に対して接触線が運動する系として、1) 定常せん断下にあるメニスカスの系、2) 液滴が壁面上を非定常的に濡れ広がる系、および 3) 壁面の加熱により接触線近傍で定常的に蒸発がおこる系、の３つについて、分子動力学（MD）解析により取り扱った。1)については、前進／後退接触線近傍で発熱／吸熱現象が起こることを見出した。このメカニズムを解明するために、接触線近傍の速度、温度、応力、熱流束という流体力学の方程式系を構成する熱流体の場を分子動力学系から抽出する方法を新たに開発し、この発熱／吸熱が、接触線の近傍を流れる液体の流線に沿って固体から受けるポテンシャルエネルギーが変化することに起因することを突き止めた。この現象はミクロスケール1)、3)と異なり時間平均的を取ることにより熱流体場を抽出することが困難であるが、マクロに等価であるとみなせる液滴衝突のMD系を多数構築し、これらを適切に同期してアンサンブル平均を取ることで、熱流体場を抽出した。また壁面粗さが異なり平衡状態における接触角が同じとなるような壁面と流体の組み合わせを多数構築し、壁面粗さが液滴の衝突現象に与える影響について検討した。さらに、新たな取り組みとして、3)の定常蒸発系を構築した。MD法においては分子の出し入れが困難であり、従来、定常的な蒸発を行うことは困難であったが、同時に凝縮が発生するような系を構築することで、定常系を実現した。今後、この系について熱流体場の抽出を行う予定である。
これらにより得られた成果を、国際基調講演1件、国内招待講演1件を含み、複数の学会において発表したほか、国際学術誌であるJ. Chem. Phys.誌において2編の発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
物理化学の理論分野で最も定評ある国際学術誌であるJ. Chem. Phys.誌において2編の発表を行い、1報についてとくに顕著な成果としてRapid Communicationで発表を行ったほか、国際基調講演1件、国内招待講演1件を行うなど、国内外で注目される成果を挙げていることから、おおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記のように、非平衡の濡れを伴う系の構築が順調に進行しており、また、1)については熱流体場の抽出法も確立でき、国際学術誌等で発表を行ったため、上記2)-3)の系について、解析を進めていく予定である。とくに壁面粗さが異なり平衡状態における接触角が同じとなる系は、マクロの流体力学では同一とみなされるにもかかわらず、ミクロでは異なる現象を示すことから、この点について着目しながら2)-3)の系での解析を進める予定である。
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