2019 年度研究成果報告書

気液界面の非平衡輸送に対する分子動力学に基づく漸近理論

研究課題

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研究課題/領域番号	18K18824
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
研究機関	大阪大学
研究代表者	矢野猛大阪大学, 工学研究科, 教授 (60200557)
研究期間 (年度)	2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード	非平衡流れ / 分子動力学 / 気液界面 / 漸近理論 / 蒸発凝縮
研究成果の概要	分子数3万、12万、50万、200万の4種類のLJ分子の気液2相平衡系に対する分子動力学計算を実行し、分子運動にともなうゆらぎについて理解を得ることを目的とした解析を行った。温度を三重点温度近傍に設定することにより、気体分子の平均自由行程は分子サイズの数十倍となるが、計算対象の気体領域の大きさは、それよりも十分に大きく設定した。分子数→∞の極限で無視できるゆらぎであっても、数万から数百万程度の分子数の系では、気体と液体の状態に無視できない変動となることを示して、その特性を詳細に調べた。これは、本研究の目指す漸近理論に本質的に有益な情報を与えるものである。
自由記述の分野	Fluid mechanics
研究成果の学術的意義や社会的意義	液体と気体の各々に対して局所平衡が良い近似で成立していても、相変化が生じているならば、気液2相は熱力学的相平衡ではあり得ない。このとき、気液界面近傍において、液相から気相へ向かう分子の速度分布と気相から液相へ向かう分子の速度分布はMaxwell分布からずれた非平衡な速度分布関数が形成される。界面領域において非平衡な速度分布関数が形成される過程を記述する法則が見出されていないために、液体領域と気体領域を接続し、界面を横切る非平衡輸送を予測・制御することができない。本研究の漸近理論は、数学的かつ物理的に正当な有効性と有用性をたもちつつ、上記の問題を解決することを目指すものである。