| 研究課題/領域番号 |
18K03959
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| 研究機関 | 群馬工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
矢口 久雄 群馬工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (20568521)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 分子動力学 / 気液界面 / キャビテーション / 蒸発係数 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，キャビテーション初生における気泡核内部の気液界面を対象として蒸発係数を求めるとともに気液間の質量・運動量・エネルギー輸送に関する基礎的な知見を得ることを目的とし，昨年度までにLennard-Jones流体を対象物質としてナノサイズの気泡核を分子動力学シミュレーションで再現し，気液平衡状態における蒸気密度や表面張力の定量的評価に取り組んできた．本年度は，昨年度の実績を引き継ぎ，上記の目的達成のための取り組みとして真空蒸発シミュレーションを行った．
真空蒸発シミュレーションでは，気液平衡状態にある気泡核の系を初期状態として用い，気相側（気泡内部）に真空境界条件を設定して境界面を通過する分子を消去することで，気相側から液相側に戻る分子をゼロとし，蒸発係数決定に必要となる仮想的な真空状態を実現した．このとき，液相側からの一方的な蒸発によって液相側からは蒸発潜熱が奪われることから，液相温度を一定に保つための速度スケーリング法による温度制御をバルク液相側に行った．また，真空蒸発が進むにつれて液相側の分子数が減って気泡半径が大きくなっていくため，初期条件を多数用意して短い真空蒸発シミュレーションを多数行うことでサンプル数の確保を行い，蒸発質量流束を評価することに成功した．また，２成分系の蒸発係数評価に向けた基礎として，平面状の気液界面を持つ液膜のシミュレーションにおいて真空蒸発によらない蒸発係数評価法の開発に取り組み，先行研究で得られた蒸発係数に近い結果を得た．
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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
実施計画課題に関わる基礎的な検討をおおむね順調に終え，今後の研究推進に必要な知見が得られたため．
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度の取り組みによって開発した真空蒸発シミュレーションを様々な気泡半径において系統的に実行することにより，蒸発係数と気泡半径の間にどのような関係性や法則があるのかを探求する．そして，それらの結果をもとにした気泡核の気液界面における境界条件の定式化を行い，気泡力学との連携を目指したキャビテーション初生の物理シミュレーション構築に向けて研究を進めていく．また，今後の本研究における展開を見据えた２成分系の蒸発係数決定に関する取り組みも継続して行っていく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染拡大の影響により，当初予定されていた研究打ち合わせが次年度に延期となり，旅費を繰り越すことになったため．
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