• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

ミクロとマクロの接続を介した,動的濡れ現象の力学的・熱力学的解明

研究課題

研究課題/領域番号 20J20251
研究機関大阪大学

研究代表者

楠戸 宏城  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワード動的濡れ現象 / 分子動力学法 / 接触線 / 熱流束
研究実績の概要

濡れ現象を取り扱う際,マクロスケールの平衡状態では,固体表面上における固気液三相の交線である接触線に対する固気・気液・固液の界面張力のつり合い式として,Youngの式が成立することが前提とされる.しかし,Youngの式は物理的・化学的に均一な固体壁面上の平衡状態の接触線に対するつり合いを記述したものであり,ナノスケールにおいて厳密に成立するかは定かではない.また,接触線が動的に移動する際に現れる前進・後退というヒステリシスについては,未だ流体力学の未解明問題のひとつであり,動的に移動する接触線に対する各界面張力のつり合い関係を詳細に議論した研究例は少ない.そこで本研究では,濡れ現象のうち,特に,固気液三相の接触線が固体壁面に対して定常的に移動する際の,接触線を含む検査体積に対する運動量保存則・エネルギー保存則に基づいて各種つり合い関係を整理することを目的として,接触線近傍の詳細な流れ場・密度・応力・熱流束の分布に関する分子動力学解析を行った.その際得られた温度分布より,バルク部では粘性による発熱により温度が上昇し,さらに前進・後退接触線では各々温度が上昇・下降することがわかった.エネルギー保存則に基づいた解析により,その発熱量の定量化が可能となり,動的接触線を除く液体部では主に粘性発熱の影響が,動的接触線近傍では主に,流線に沿って界面が変化することによって前進・後退接触線で各々発熱・吸熱することがわかった.

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

本研究で取り扱う動的接触線近傍での熱流の解析を行うためには,エネルギー保存則に基づくかたちで,熱流束の算出を行う必要がある.まず,昨年度までの研究成果により,まず,定常非平衡系における密度・速度・応力の計算が可能となり,これを拡張するかたちで流体の内部エネルギーの分布等が計算可能となり,本年度取り扱った熱流束の計算が可能となった.それによって,動的接触線を有する準二次元系の流体内部の熱流束の二次元分布が算出でき,動的濡れ過程における接触線近傍で生じる発熱や吸熱の定量化が可能となった.
以上により,本年度の研究により,動的濡れ現象のヒステリシスを熱的観点から解き明かすための突破口を開けたため,本研究はおおむね順調に進展している.

今後の研究の推進方策

本年度の研究で,動的接触線近傍で生じる熱流の詳細を解析することができたが,単純流体を用いた解析に留まり,現実世界への知見の還元を考える際には水といった実在液体を用いた解析を行うことが望ましい.そこで次年度は,まず,水を用いた解析に着手し,内部の温度分布等を用いて計算系内部で生じる発熱・吸熱現象を確認し,そのメカニズムをエネルギーの観点から解き明かす.その際,計算負荷の問題から,パッケージソフトのLAMMPSを使用する予定であるが,可能であれば流れ場を有する系内部の応力分布や熱流束分布の計算を実装したい.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Quantifying the solid?fluid interfacial tensions depending on the substrate curvature: Young’s equation holds for wetting around nanoscale cylinder2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Keitaro、Kusudo Hiroki、Bistafa Carlos、Omori Takeshi、Yamaguchi Yasutaka
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 156 ページ: 054701~054701

    • DOI

      10.1063/5.0079816

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantifying interfacial tensions of surface nanobubbles: How far can Young's equation explain?2022

    • 著者名/発表者名
      Teshima Hideaki、Kusudo Hiroki、Bistafa Carlos、Yamaguchi Yasutaka
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 14 ページ: 2446~2455

    • DOI

      10.1039/d1nr07428h

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Local stress tensor calculation by the method-of-plane in microscopic systems with macroscopic flow: A formulation based on the velocity distribution function2021

    • 著者名/発表者名
      Kusudo Hiroki、Omori Takeshi、Yamaguchi Yasutaka
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 ページ: 184103~184103

    • DOI

      10.1063/5.0062889

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Water on hydroxylated silica surfaces: Work of adhesion, interfacial entropy, and droplet wetting2021

    • 著者名/発表者名
      Bistafa Carlos、Surblys Donatas、Kusudo Hiroki、Yamaguchi Yasutaka
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 ページ: 064703~064703

    • DOI

      10.1063/5.0056718

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マクロの流れを伴うミクロの系における局所的応力テンソルの計算: 速度分布関数に基づくMethod-of-Planeの定式化2021

    • 著者名/発表者名
      楠戸宏城, 大森健史, 山口康隆
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2021
  • [学会発表] Lennard-Jones 流体の動的接触線近傍の流れ場と粘性応力の抽出2021

    • 著者名/発表者名
      楠戸 宏城, 大森 健史, 山口 康隆
    • 学会等名
      第58回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 固体面に接するナノ液滴の線張力の熱力学的算出2021

    • 著者名/発表者名
      新宅 実慶, 楠戸 宏城, 山口 康隆
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 固液界面ナノバブルの界面張力の定量化2021

    • 著者名/発表者名
      手嶋 秀彰, 楠戸 宏城, Bistafa Carlos, 山口 康隆
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 界面ナノバブルの接触角の密度依存性に関する分子動力学解析2021

    • 著者名/発表者名
      手嶋 秀彰, 楠戸 宏城, Bistafa Carlos, 山口 康隆
    • 学会等名
      混相流シンポジウム2021
  • [学会発表] Lennard-Jones液体面に浸されたナノスケールの固体円筒に働く毛管力の分子動力学解析2021

    • 著者名/発表者名
      渡部 桂太朗, 楠戸 宏城, 山口 康隆
    • 学会等名
      第58回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 界面ナノバブルの界面張力の密度依存性に関する分子動力学解析2021

    • 著者名/発表者名
      手嶋 秀彰, 楠戸 宏城, Bistafa Carlos, 山口 康隆
    • 学会等名
      第58回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] Density-dependence of interfacial tensions of solid-liquid interfacial nanobubbles2021

    • 著者名/発表者名
      H. Teshima, H. Kusudo, C. Bistafa, Y. Yamaguchi
    • 学会等名
      2nd Asian Conference on Thermal Sciences
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi