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2019 年度 実績報告書

不連続な壁面温度によって誘起されるマイクロスケール気体流に対するすべりの境界条件

研究課題

研究課題/領域番号 17K06146
研究機関京都大学

研究代表者

田口 智清  京都大学, 情報学研究科, 教授 (90448168)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードすべりの境界条件 / 希薄気体 / 不連続 / ボルツマン方程式 / 境界層 / 接合漸近展開
研究実績の概要

本研究は滑らかな境界データを前提とする従来の定常弱希薄気体流に対する「一般化すべり流理論」を,境界データが不連続的に変化する場合に拡張する試みである.具体的には希薄気体を封じこめた(2次元)流路の壁面温度が壁面に沿って不連続的な跳びをもつとき,熱的に誘起される気体の振舞いを流体力学的に記述するべく,適切な流体力学的方程式の系とその境界条件をボルツマン方程式の解析により導出する.先行する2年間の研究では,壁面温度の不連続点近傍でのボルツマン方程式の解の振舞いが,流速の発散を伴う特異的な流体挙動と関係づけられることをつきとめた.また,不連続的な壁面温度をもつ矩形領域の問題において希薄気体流れの直接数値計算をボルツマン方程式の簡易モデルにもとづいて行い,理論予想を数値的に実証した.最終年度ではこれらの進展を踏まえ,学術理論としての精密化と,理論検証のためのいくつかの(長時間)数値計算を実施し,結果を学術論文という形にまとめた.具体的には,解析結果を整理することで,不連続壁面温度による流体力学的方程式の境界条件を,線形化ボルツマン方程式の微小クヌーセン数に対する接合漸近接続理論として緻密に論じることに成功した.また,直接数値計算ではさらにクヌーセン数を小さくした計算を行うことで理論の整合性を実証した.この計算は,境界条件の不連続性に起因する速度分布関数の不連続性のため,技術的にも極めて難しい.この研究課題によって,弱希薄気体において理論・応用上重要と考えられる壁面温度の不連続による流れの構造に関する基礎的な理解が進み,また巨視的な流体力学に現れる特異的な解の理論的裏付けがより一層明確になった.

関連して,境界条件が空間変数に関して滑らかであるが時間変数に関して不連続的に変化する場合の流れ(回転球に対するレイリー問題)を数値的に調べ,この方でもいくつか基礎的進展があった.

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2020 2019

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] 希薄気体中で自転を始める球により誘起される流れ2020

    • 著者名/発表者名
      小寺雅司
    • 学会等名
      桂インテックセンター 先端流体理工学研究部門 第2回公開セミナー
  • [学会発表] Motion of a slightly rarefied gas induced by a discontinuous wall temperature2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Taguchi
    • 学会等名
      INdAM Workshop: Recent Advances in Kinetic Equations and Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 不連続な壁面温度によって誘起される流れ:特異なすべり境界条件2019

    • 著者名/発表者名
      田口智清
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2019

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公開日: 2021-01-27  

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