| 研究概要 |
高温固体面に液体が接触することができるか否かは,リウェット現象や膜沸騰崩壊を含む沸騰熱伝達において極めて重要な問題であるが,高温壁面が濡れ始める物理機構に関しては,未知の部分が多い。そこで,本研究においては,分子動力学法を用いて高温固体面に微小な液滴が衝突した場合の挙動を検討した。高温固体は簡単なバネマスポテンチャルで表現した絶縁固体を考え、これに接触するアルゴン液滴の挙動を分子動力学法で検討した。アルゴンの液滴としては分子数数千個まで,固体面としては原子3層の薄膜で近似し,膜沸騰時の微小液滴の固体面衝突やリウェット現象の引き金となるであろう現象を模擬すべく,固体表面にアルゴン液滴を衝突させるシュミレーションを行った。具体的には,一定温度で平衡となった絶縁固体と自らの蒸気に覆われたアルゴン液滴を別々に準備し,これらを一定の速度で衝突させることによって実現した。様々な壁面温度および衝突速度のシュミレーーションの結果をもとに,アルゴン液滴の一部あるいは全部が表面に付着するか否か,液滴と固体面に温度差がある場合にどの程度のエネルギー授受が可能かを検討した。液滴の衝突の速度が比較的小さい場合は,希薄気体力学において知られる熱泳動と予想されるメカニズムで液滴が固体面に衝突する以前に跳ね返る現象が観察され,衝突速度が比較的大きく,固体面温度が高温の場合には,マクロなライデンフロスト現象と類似の現象によって液滴が弾き返されることが分かった。
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