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2017 年度 実績報告書

多成分流体系に対する拡張された熱力学理論の展開と応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K21452
研究機関神奈川大学

研究代表者

有馬 隆司  神奈川大学, 工学部, 助教 (80735069)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード非平衡熱力学 / 拡張された熱力学 / 多成分流体 / 分子内部自由度緩和 / 非平衡圧力 / 非平衡温度
研究実績の概要

多成分流体中の時間・空間的に急激な物理量の変化を伴う強い非平衡現象を「拡張された熱力学(ET)」理論に基づいて理解することを目的に研究を遂行してきた。
期間全体で得られた大きな成果は、多成分流体に対するETの一般的枠組みを構築できたことである。まず、系を記述するバランス方程式系のガリレイ不変性によって、構成粒子が成す一成分系の物理量と全体系の物理量の関係を決定できるという性質を一般的に表すことに成功した。さらに、エントロピー不等式を拘束条件として課すことで、エントロピー密度・流束・生成が満たすべき条件を求めることが出来た。この枠組みにより、Navier-Stokes-Fourier理論の拡張となるETの導出が出来る。特に、非平衡圧力の効果がせん断応力や熱流束に比べて十分大きい場合に有用な6変数ET(独立変数は通常の流体力学的物理量と非平衡圧力)の多成分系理論に対し、エントロピー密度・流束・生成を具体的に表した。多成分系の6変数ETに基づいた線形・非線形波動の解析も進んでおり、今後、定量的な結果の整理を行う必要がある。
最終年度で得られた重要な結果は、多成分流体においても本質的に重要となる非平衡圧力の理解が著しく進んだことである。つまり、非平衡圧力が分子の並進・回転・振動自由度間のエネルギー交換に起因する量であることを示した。エネルギー交換による緩和過程をETの枠組みの中でモデル化し、これまでのETによるアプローチでは困難であった超音波吸収の実験結果を良く再現することに成功した。このモデルは気体分子運動論的アプローチと一致することも明らかにした。また、各内部自由度の緩和を特徴づける温度を導入することにも成功した。さらに、このモデルの実在気体への適用手法を構築することが出来た。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ボローニャ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      ボローニャ大学
  • [雑誌論文] Extended thermodynamics of dense polyatomic gases: modeling of molecular energy exchange2018

    • 著者名/発表者名
      Arima Takashi、Sugiyama Masaru
    • 雑誌名

      Ricerche di Matematica

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11587-018-0386-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium pressure and temperatures in extended thermodynamics of gases with six fields2018

    • 著者名/発表者名
      Arima Takashi、Sugiyama Masaru
    • 雑誌名

      Ricerche di Matematica

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11587-018-0399-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extended Thermodynamics of Rarefied Polyatomic Gases: 15-Field Theory Incorporating Relaxation Processes of Molecular Rotation and Vibration2018

    • 著者名/発表者名
      Arima Takashi、Ruggeri Tommaso、Sugiyama Masaru
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 20 ページ: 301

    • DOI

      https://doi.org/10.3390/e20040301

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Shock wave structure in rarefied polyatomic gases with large relaxation time for the dynamic pressure2018

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi Shigeru、 Arima Takashi、Ruggeri Tommaso、Sugiyama Masaru
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Six-field extended thermodynamics models representing molecular energy exchange in a dense polyatomic gas2018

    • 著者名/発表者名
      Arima Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rational extended thermodynamics of a rarefied polyatomic gas with molecular relaxation processes2017

    • 著者名/発表者名
      Arima Takashi、Ruggeri Tommaso、Sugiyama Masaru
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 ページ: 042143

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.042143

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 拡張された熱力学に基づく多原子分子希薄気体中の内部緩和過程の記述2018

    • 著者名/発表者名
      有馬隆司、Ruggeri Tommaso、杉山勝
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] 液体・濃密気体に適用可能な 6 変数の拡張された熱力学の構築2017

    • 著者名/発表者名
      有馬隆司、Ruggeri Tommaso、杉山勝
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] Extended thermodynamics of dense polyatomic gases with nonequilibrium temperatures2017

    • 著者名/発表者名
      Arima Takashi、Ruggeri Tommaso、Sugiyama Masaru
    • 学会等名
      19th Conference on Waves and Stability in Continuous Media
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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