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2022 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 / 分子動力学法 / 熱輸送
研究実績の概要

マクロスケールの平衡状態の濡れ,すなわち静的濡れにおいては,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して固気・気液・固液の界面張力がつり合うことで固体面と気液界面の成す角である静的接触角が決定される.一方,接触線が固体面上を動的に移動する動的濡れ現象においては,接触線近傍における固液の摩擦力や液体内部の粘性によりその動的接触角は静的接触角から変化することが知られる.昨年度までの動的接触線近傍における熱流解析により,バルク部では粘性散逸により発熱し,前進接触線でも同様に発熱する一方,後退接触線では直感に反して吸熱,すなわち冷却されていることが明らかになった.本年度は,その動的接触線近傍で誘起される特異な発熱・吸熱現象のメカニズムを明らかにした.具体的には,通常は偏微分で記述されるマクロのエネルギー保存則を,物質微分を用いて書き換えることで,流体の発熱・吸熱現象は応力の仕事だけでなく流跡線に沿った内部エネルギー変化によることが分かり,特に動的接触線近傍においては後者が支配的であることを定量的に示した.本研究で明らかになったナノスケールの熱輸送現象は,既存の動的濡れのモデルには組み込まれてこなかったものであるため,今後の動的濡れのモデルに対して新しい視点を与えるものである.
また,ナノスケールにおける物質輸送において重要である固液界面におけるすべりに関する解析も進めており,固液界面の摩擦による散逸に関してミクロスケールとマクロスケールを接続することで,熱的観点からすべり速度を定義する方法を提案した.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [国際共同研究] リヨン第一大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      リヨン第一大学
  • [雑誌論文] (Invited) Nanoscale Wetting and Its Connection with Macroscopic Young's Equation2022

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

      ECS Transactions

      巻: 108 ページ: 93~102

    • DOI

      10.1149/10804.0093ecst

    • 査読あり
  • [学会発表] 動的濡れの非平衡分子動力学解析 熱流体場の抽出に基づく、前進・後退接触線近傍の局所的温度上昇・低下の解析2022

    • 著者名/発表者名
      楠戸 宏城, 大森 健史, 山口 康隆
    • 学会等名
      第59回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] NEMD 系の固体流体界面における散逸に基づくすべり速度の抽出2022

    • 著者名/発表者名
      楠戸 宏城, 大賀 春輝, 山口 康隆
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2022

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公開日: 2023-12-25  

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