低密度気体における非線形問題の解析的・数値解析的研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452098
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 曾根 良夫 京都大学, 工学部, 教授 (80025923)
• 研究分担者: 杉元 宏 京都大学, 工学部, 助手 (50222055) ; 大和田 拓 京都大学, 工学部, 助教授 (40223987) ; 青木 一生 京都大学, 工学部, 教授 (10115777)
• キーワード: 希薄気体力学 / ボルツマン方程式 / 蒸発・凝縮 / 熱泳動 / 低圧気流 / 気体分子運動論 / 膨張流 / 数値解析

研究概要

本研究の最終年度として次の研究を行った.
1.円柱凝縮相から真空中への定常蒸発流の解析
本問題は,昨年度完成した球状凝縮からの真空中への定常蒸発流と共に古くから関心を持たれていたが,その難さから満足な研究は行われていなかった.本研究は昨年度の研究成果にさらに本問題特有の困難さを克服するための工夫をとり入れて解析を行い,上記流れの全容を明らかにした.本問題は球の問題と一見類似しているようであるが,流れの遠方場において、本質的なちがいがあり,その様子およびその原因を明解に示した.
2.揮発性粒子がその蒸気の中を運動する場合の流れの解析
エアロゾル科学において重要な上記流れおよび粒子に働く力を,剛体球Boltzmann方程式を用いて精密に数値解析し,その全容を明らかにした.
3.熱ほふく流に関する実験
熱ほふく流は低圧気体における特有の現象として古くから知られ,理論的には厳密な解析も行われている.本研究はその定量的性質を簡単な実験によって確めたものである.
4.任意熱伝導度を持つ球状粒子の熱泳動の解析
昨年度に完成した一様な温度の球に関する熱泳動の研究を発展させて任意の熱伝導度を持つ球状粒子の熱泳動を解折し,粒子のまわりに誘起される流れおよび粒子に働く熱流力を明らかにした.
5.線形Boltzmann方程式の適用限界の数値解析的検討
低圧気流の非線形効果に関するまとめとして上記研究を行った.すなわち一様な系からごくわずかずれた系を取り上げ,一見非線形効果は無視できると考えられるこの系の振舞を非線形および線形両Boltzmann方程式を用いて系統的に調べ,非一様以外の線形方程式の適用限界を明らかにした.

研究成果

• [文献書誌] Yoshio Sone: "Kinetic theory analysis of steady evaporating flows from a spherical condensed phase into a vacuum" Phys.Fluids A. 5. 1491-1511 (1993)
• [文献書誌] Shigeru Takata: "Thermophoresis of a spherical aerosol particle:Numerical analysis based on kinetic theory of gases" J.Aerosol Sci.24. S147-S148 (1993)
• [文献書誌] Shigeru Takata: "Thermophoresis of a sphere with a uniform temperature:Numerical analysis of the Boltzmann equation for hard-sphere molecules" Rarefied Gas Dynamics,AIAA. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "A simple experiment on the strength of the thermal creep flow of a rarefied gas over a flat wall" Eur.J.Mech.,B/Fluids. 13(印刷中). (1994)
• [文献書誌] 杉元 宏: "円柱状凝縮相から真空中への定常蒸発流の気体論的解析" 真空. 37(印刷中). (1994)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Numerical analysis of a rarefied gas flow past a volatile particle using the Boltzman equation for hard-sphere molecules" Phys.Fluids. 6(印刷中). (1994)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Steady evaporating flows from a spherical condensed phase into a vacuums,Laboratoire SETT" Proceedings of the IUTAM Symposium,Aerothermochemistry of Spacecraft and Associated Hypersonic Flow. 67-72 (1994)
• [文献書誌] Shigeru Takata: "Numerical analysis of a uniform flow of a rarefied gas past a sphere on the basis of the Boltzmann equation for hard-sphere molecules" Phys.Fluids A. 5. 716-737 (1993)
• [文献書誌] 高田 滋: "希薄気体中の球状粒子に働く抗力と熱流力-粒子の熱伝導率の影響-" 真空. 37(印刷中). (1994)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Numerical examination of applicability of the linearized Boltzmann equation" Eur.J.Mech.,B/Fluids. 13(印刷中). (1994)