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量子性を考慮した水素流動現象解析のための分子動力学シミュレータの構築

研究課題

研究課題/領域番号 24360065
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関東北大学

研究代表者

徳増 崇  東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10312662)

研究分担者 坪井 伸幸  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40342620)
津田 伸一  九州大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00466244)
越 光男  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20133085)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2012年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
キーワード分子流体工学 / 水素 / 量子効果 / 熱物性 / 輸送物性 / 液体水素 / 分子動力学法 / 状態線図
研究成果の概要

水素分子の量子性が液体水素の熱物性や輸送特性に与える影響について解析を行った。計算にはセントロイド分子動力学法および古典分子動力学法を用いた。その結果, 熱物性に関しては古典的に評価したのでは表現できない液体水素の特性の対応状態原理からのずれを量子効果を考慮することによって非常によく説明できることが明らかとなった。また輸送特性については拡散係数に対する量子効果の影響は現れないこと、熱伝導率に関しては、量子効果を考慮することによって、古典分子動力学法の範疇で予想される熱伝導率よりも小さくなることが明らかとなった。

報告書

(4件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (18件)

  • [雑誌論文] An analysis of quantum effects on the thermodynamic properties of cryogenic hydrogen using the path integral method2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, Mitsuo Koshi, A. Koichi Hayashi, Takashi Tokumasu
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 140 号: 13 ページ: 134506-134506

    • DOI

      10.1063/1.4870036

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Nuclear Quantum Effect on the Transport Properties of Liquid Hydrogen2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, Mitsuo Koshi, A. Koichi Hayashi and Takashi Tokumasu
    • 雑誌名

      Proceedings of CONV-14: Internaional Symposium on Convective Heat and Mass Transfer

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Extraction of the Density Fluctuations in Diatomic Fluids Around the Critical Points Using Molecular Dynamics Simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Tsuda, Masato Tomi, Nobuyuki Tsuboi, Shohei Ikawa, and Takashi Tokumasu
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology

      巻: 14 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 経路積分セントロイド分子動力学法による水素の量子性が<i>p-V-T</i>関係に与える影響の解析2013

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹, 津田伸一, 坪井伸幸, 越光男, 林光一, 徳増崇
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 79 号: 805 ページ: 1848-1857

    • DOI

      10.1299/kikaib.79.1848

    • NAID

      130004555268

    • ISSN
      0387-5016, 1884-8346
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Limits of Classical Molecular Simulation on the Estimation of Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen2012

    • 著者名/発表者名
      H.Nagashima, T.Tokumasu, S.Tsuda, N.Tsuboi, M.Koshi, A.K.Hayashi
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 38 号: 5 ページ: 404-413

    • DOI

      10.1080/08927022.2010.548383

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen using Path Integral Centroid Molecular Dynamics Method2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nagashima, S. Tsuda, N. Tsuboi, M. Koshi, A. K. Hayashi and T. Tokumasu
    • 雑誌名

      Proceedings of the 22nd International Conference on Chemical Thermodynamics and 67th Calorimetry Conference

      巻: -

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] A Molecular Dynamics Study on the Thermodynamic Analysis of Cryogenic Hydrogen2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nagashima, S. Tsuda, N. Tsuboi, M. Koshi, A. K. Hayashi and T. Tokumasu
    • 雑誌名

      Proceedings of the Ninth International Conference on Flow Dynamics

      巻: - ページ: 586-587

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] An Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nagashima, S. Tsuda, N. Tsuboi, M. Koshi, A. K. Hayashi and T. Tokumasu
    • 雑誌名

      Proceedings of the 3rd International Forun on Heat Transfer

      巻: -

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子分子動力学法を用いた低温水素の量子効果の影響解析2012

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹, 津田伸一,坪井伸幸, 越光男, 林光一, 徳増崇
    • 雑誌名

      第26回数値流体力学シンポジウム 講演予稿集

      巻: -

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] 経路積分セントロイド分子動力学法を用いた液体水素の熱物性評価2012

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹, 津田伸一,坪井伸幸, 越光男, 林光一, 徳増崇
    • 雑誌名

      第49回日本伝熱シンポジウム 講演論文集

      巻: -

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] An Effect of Quantum Nature of Cryogenic Hydrogen on the Thermodynamic Properties of Liquid hydrogen2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nagashima, S. Tsuda, N. Tsuboi, M. Koshi, A. K. Hayashi and T. Tokumasu
    • 雑誌名

      Proceedings of the Eighth KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference

      巻: -

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] 経路積分セントロイド分子動力学法を用いた低温水素の熱物性解析2012

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹, 津田伸一, 坪井伸幸, 越光男, 林光一, 徳増崇
    • 雑誌名

      日本機械学会2012年度年次大会 講演予稿集

      巻: -

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] 水素分子の量子効果が熱物性に与える影響解析2012

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹, 津田伸一, 坪井伸幸, 越光男, 林光一, 徳増崇
    • 雑誌名

      第26回分子シミュレーション討論会 講演要旨集

      巻: - ページ: 19-19

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] An Analysis of Nuclear Quantum Effect on Thermodynamic and Transport Properties of Hydrogen using Molecular Dynamics Method2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, A. Koichi Hayashi and Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      20th European Conference on Thermophysical Properties
    • 発表場所
      ポルト(ポルトガル)
    • 年月日
      2014-09-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A Nuclear Quantum Effect on the Transport Properties of Liquid Hydrogen2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, Mitsuo Koshi, A. Koichi Hayashi and Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      International Symposium on Convective Heat and Mass Transfer
    • 発表場所
      クサダイ(タイ)
    • 年月日
      2014-06-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 液体水素の輸送物性における 量子効果発現メカニズムの分子動力学的解析2014

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹, 津田伸一, 坪井伸幸, 越光男, 林光一, 徳増崇
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松(アクトシティ浜松・コングレスセンター)
    • 年月日
      2014-05-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Study of the Nuclear Quantum Effect on the Transport Properties of Liquid Hydrogen2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, Mitsuo Koshi, A. Koichi Hayashi and Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      the 5th International Conference on Heat Transfer and Fluid Flow in Microscale
    • 発表場所
      マルセイユ(フランス)
    • 年月日
      2014-04-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Study of Nuclear Quantum Effect on the Diffusion of Hydrogen in Condensed Phase2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, Mitsuo Koshi, A. Koichi Hayashi and Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      the 10th International Conference of Computational Methods in Science and Engineering
    • 発表場所
      アテネ(ギリシア)
    • 年月日
      2014-04-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 量子効果が低温水素の熱・輸送物性メカニズムに与える影響の分子動力学的解析

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹、津田伸一、坪井伸幸、越光男、林光一、徳増崇
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Dynamics Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Liquid Hydrogen

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, A. Koichi Hayashi and Takasih Tokumasu
    • 学会等名
      ASME 11th International Conference on Nanochannels, Microchanneles, and Minichannels
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] An analysis of the quantum effect on the thermodynamic and transport properties of cryogenic hydrogen using molecular dynamics method

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, A. Koichi Hayashi and Takasih Tokumasu
    • 学会等名
      International Conference on Mathematical Modeling in Physical Sciences 2013
    • 発表場所
      プラハ(チェコ共和国)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Study on the Thermodynamic and Transport Properties of Liquid Hydrogen

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima, Shin-ichi Tsuda, Nobuyuki Tsuboi, A. Koichi Hayashi and Takasih Tokumasu
    • 学会等名
      International Conference on Fluid Dynamics 2013
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Extraction of the Density Fluctuations in Diatomic Fluids around the Critical Points Using Molecular Dynamics Simulation

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Tsuda, Masato Tomi, Nobuyuki Tsuboi, Shohei Ikawa, and Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • 発表場所
      上海国際会議センター(中国/上海市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Simulation of the Density Fluctuation in the Diatomic Fluids around the Critical Points

    • 著者名/発表者名
      Shohei Ikawa, Takashi Tokumasu, Nobuyuki Tsuboi, and Shin-ichi Tsuda
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2014
    • 発表場所
      コロラドコンベンションセンター(アメリカ合衆国/コロラド州)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学計算による二原子分子流体の臨界点近傍における密度ゆらぎの評価

    • 著者名/発表者名
      井川 祥平, 徳増 崇, 坪井伸幸, 津田伸一
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会北部支部 2014年講演会
    • 発表場所
      東北大学青葉記念会館(宮城県)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] An Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen using Path Integral Centroid Molecular Dynamics Method

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on Chemical Thermodynamics
    • 発表場所
      Buzios, Brazil
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] A Molecular Dynamics Study on the Thermodynamic Analysis of Cryogenic Hydrogen

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Nagashima
    • 学会等名
      The Ninth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台、日本
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] An Analysis of Quantum Effect on the Thermodynamic Properties of Cryogenic Hydrogen

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tokumasu
    • 学会等名
      The 3rd International Forun on Heat Transfer
    • 発表場所
      長崎、日本
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 経路積分セントロイド分子動力学法を用いた低温水素の熱物性解析

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      日本機会学会2012年度年次大会
    • 発表場所
      金沢、日本
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 水素分子の量子効果が熱物性に与える影響解析

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      第26回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      福岡、日本
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 低温水素の熱・輸送物性における量子効果発現メカニズ ムの分子動力学的解析

    • 著者名/発表者名
      永島浩樹
    • 学会等名
      第50回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      仙台、日本
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2012-04-24   更新日: 2019-07-29  

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