| 研究課題/領域番号 |
17360074
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
藤川 重雄 北海道大学, 大学院工学研究科, 教授 (70111937)
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| 研究分担者 |
矢野 猛 北海道大学, 大学院工学研究科, 助教授 (60200557)
一條 眞古人 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (50001988)
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| キーワード | 流体工学 / 界面 / 相変化 / 分子動力学 / 分子気体力学 / 境界条件 / 蒸発係数 / 凝縮係数 |
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| 研究概要 |
蒸気とその凝縮相からなる2相系の界面における蒸発・凝縮現象は本質的に未解明である。その理由は、気液界面を通過する質量・運動量・エネルギーを与える法則が知られていないためである。したがって、温度がわかっている液相に、温度と密度がわかっている蒸気を定められた速度で吹き付けたとき、どれだけの量の蒸発あるいは凝縮が起こるのかを前もって知ることはできない。本研究は、分子動力学と分子気体力学の数値シミュレーションおよびこれらに対応する実験を行うことによって、気液界面を通過する質量・運動量・エネルギーを与える法則を明らかにし、その結果をもとに気液界面の境界条件の確立をめざすものである。本年度の研究実績は以下のように要約される:
1.衝撃波管を用いた液膜凝縮実験の精度の向上を果たした。これによって水の凝縮係数を正しく求めることができるようになった。水の飽和蒸気圧はメタノールに比べて低いために、その凝縮係数決定のための実験には、メタノールの場合より高い精度が要求されたのである。結果として、水の凝縮係数は、常温近傍で生じる弱い凝縮に関する限り、メタノールの凝縮係数とほぼ等しいふるまいをすることがわかった。すなわち、凝縮が十分に弱ければその値はほぼ1に等しく、単位時間の凝縮量が増えるにつれてゆるやかに減少する。
2.アルゴンの蒸気中にアルゴンの微小液滴が浮遊する分子動力学計算を行った。液滴と蒸気の気液平衡状態に関する網羅的で詳細な計算によって、蒸気密度と液滴半径および温度の関係を正確に定めた。さらに、真空にさらされた液滴の蒸発の分子動力学計算を行い、蒸発速度の液滴半径および温度依存関係を定量的に求めた。
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