| 研究課題/領域番号 |
16K06064
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
小林 一道 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80453140)
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| 研究分担者 |
藤井 宏之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580)
渡部 正夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30274484)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | Boltzmann方程式 / 蒸発・凝縮 / 2成分混合気体 / 気泡崩壊 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は凝縮性気体と非凝縮性気体からなる二成分混合気体のBoltzmann方程式に対する境界条件を構築し，その境界条件を用いて気泡の崩壊現象などの混相流体力学に応用することを目的としている．平成29年度は，主に平成28年度に発表した二成分混合気体（単原子分子を想定した蒸気と非凝縮性気体）に対する境界条件を用いて，球形気泡の崩壊問題について解析を行った．その結果明らかとなった知見を以下に示す．(1)．非凝縮性気体を含まない蒸気気泡が崩壊した時(気泡が最小半径となった時)，気泡壁面速度が気体の音速を超えると，気液界面近傍の温度や圧力が急峻に高い値を取るがわかった．(2)．気泡崩壊時には，気液界面近傍に分子の平均自由行程程度の薄い非凝縮性気体の密度層ができる．この層は，気泡の崩壊現象が激しくなるほど高い密度をもって形成されることが明らかとなった．(3)．二成分混合気体の球形気泡の崩壊問題では，凝縮係数が0.4以上の場合，気泡の振る舞いには差がみられないことが明らかとなった．(4)．上述2と3の結果より，非凝縮性気体を含んだ気泡が激しく崩壊した場合，気液界面において凝縮係数の値が1より十分小さくなる可能性があることが示唆された．これは，気泡崩壊時に蒸気気泡が非凝縮性気体のように振舞うことを示唆している．(5)．純粋な蒸気の気泡が崩壊した場合と，ほんのわずかに非凝縮性気体を含んだ蒸気気泡が崩壊した場合では，その内部の温度場は全く異なる分布になることが示された．これは，気泡内部のクヌーセン数を調べることで整理できることが明らかとなった．
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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
平成29年度は平成28年度に発表した二成分混合気体（蒸気と非凝縮性気体は単原子分子）に対する境界条件を用いて，球形気泡の崩壊問題について解析を行った．計画通りに研究は進展した．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は引き続き蒸気と非凝縮性気体を含んだ気泡が激しく崩壊した場合について解析を行う．平成30年度は平成29年度に引き続き2成分気泡の崩壊問題について解析を行うが，更にその結果を解析的に整理することを試みる．この解析手法を構築すると，数値解析を行わなくとも様々な大きさの気泡について非凝縮性気体の気泡内部温度場への影響を推定することが可能となる．
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