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2022 年度 実績報告書

混合気体に接した非平衡気液界面相変化機序の解明と分子混相流体力学への展開

研究課題

研究課題/領域番号 20K04277
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 一道  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80453140)

研究分担者 藤井 宏之  北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580)
渡部 正夫  北海道大学, 工学研究院, 教授 (30274484)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード気液相変化 / 気体論境界条件 / 凝縮係数・蒸発係数 / Boltzmann equation / 混合気体 / Enskog-Vlasov equation
研究実績の概要

本提案研究は,混合気体に接した気液界面における気体論境界条件を構築し,様々な分野に本研究成果を展開することである.2022年度はこれまでの研究結果を踏まえ,主に以下の3つの研究を行った.
1.分子シミュレーション(分子運動論および分子動力学シミュレーション)を用いて,非平衡気液界面における気体論境界条件の構築を行った.特に今年度は超音速で移動する気液界面における蒸気分子の蒸発係数(蒸発確率)と凝縮係数(凝縮確率)を調べた.本結果より,高速で移動する非平衡気液界面における蒸発係数と凝縮係数の値は,これまでに求めた平衡状態の値とほぼ変わらないことが明らかとなった.これにより,初期液体温度などの条件にもよるが,平衡状態の蒸発係数および凝縮係数を求めておけば気体論境界条件を構築できることが確認された.
2.昨年度に引き続き,分子動力学解析を用いて,固体壁と液体に挟まれた希薄気体のクエット流れについて解析を行った.この研究より,気液界面における気体論境界条件の位置や関数形の検証を行った.本研究より,1の研究で指定していた気体論境界条件の位置は妥当であることが示唆された.また,高Kn数流れになるほど,気液界面の境界条件が,分子の後方散乱の影響によって平衡状態の関数形とは異なる非等方分布になることが示唆された.
3.分子動力学解析を用いて,多原子分子(エタノール,水,イソオクタン)の蒸発現象について検証した.分子動力学計算を用いて気液平衡系を作成し,1の研究で提案した方法を用いて液体から蒸発する分子の蒸発係数について調べた.その結果,異なる多原子分子であっても,気液界面近傍の局所的なKn数を用いることで,これらの値を整理できることが示唆された.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Vapor condensation induced by fast-moving liquid film in the presence of noncondensable gas molecules2023

    • 著者名/発表者名
      Ohashi Kotaro、Kobayashi Kazumichi、Fujii Hiroyuki、Watanabe Masao
    • 雑誌名

      International Communications in Heat and Mass Transfer

      巻: 142 ページ: 106622~106622

    • DOI

      10.1016/j.icheatmasstransfer.2023.106622

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular dynamics study of evaporation induced by locally heated argon liquid2022

    • 著者名/発表者名
      Tabe Hirofumi、Hiramatsu Kiryu、Kobayashi Kazumichi、Fujii Hiroyuki、Watanabe Masao、Totani Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 212 ページ: 118472~118472

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2022.118472

  • [学会発表] 壁と液体に挟まれた希薄クエット流 れに関する分子動力学解析2022

    • 著者名/発表者名
      青木 康汰、田部 広風海、小林 一道、藤井 宏之、渡部 正夫
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2022
  • [学会発表] せん断応力が作用する液面の気体論境界条件に 関する分子動力学解析2022

    • 著者名/発表者名
      青木 康汰、田部 広風海、小林 一道、藤井 宏之、渡部 正夫、奈良 駿希、髙嶋 英厳
    • 学会等名
      第36回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] Condensation Induced by Rapidly Moving Liquid Film Surrounded by Vapor and Non-condensable Gas2022

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Ohashi、Kazumichi Kobayashi、Hiroyuki Fujii、Masao Watanabe
    • 学会等名
      32nd International Symposium on Rarefied Gas Dynamics (RGD32)
    • 国際学会
  • [備考] https://tfp.eng.hokudai.ac.jp/

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公開日: 2023-12-25  

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