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2014 年度 実績報告書

相転移を伴う非平衡輸送現象の理論的、数値的研究

研究課題

研究課題/領域番号 23740287
研究機関東京大学

研究代表者

渡辺 宙志  東京大学, 物性研究所, 助教 (50377777)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
キーワード分子動力学法 / 並列計算 / 気泡生成 / オストワルド成長 / LSW理論
研究実績の概要

京コンピュータを用いて得られた計算データを解析することで、気泡生成における気泡体積変化率の計算に成功した。Ostwald成長において、どのくらいの体積を持つ気泡がどれだけ変化するかを記述する気泡体積変化率(Kinetic Term)は中心的な役割を果たすが、1次までの近似の範囲内では気泡分布関数から直接求めることができない。そこで、気泡体積変化率の定義に立ち返り、系内に存在する気泡の体積変化を全て追跡することで、気泡体積変化率関数を直接推定することに成功した。これにより、Kinetic Termが古典論による予測と良い一致を示すこと、ダイナミクスのボトルネックの違いも反映していることを確認し、さらに古典論から予測される関数形をフィッティングすることで、それぞれの時刻における臨界核サイズを極めて高精度に求めることに成功した。気泡生成系におけるKinetic Termの直接推定は初めてであり、より精密な議論が可能となった。さらに「京」フルノードを用いた137億粒子計算により、多重気泡生成の初期ステージにおける系の圧力が非一様であることの直接的な証拠を捉えることにも成功した。古典核生成論が、液滴生成率に比べて気泡生成率の予言に大きく失敗する原因は長らく未解決であったが、急減圧直後から気泡生成の初期過程における圧力の非一様が原因の一つであることが強く示唆された。急減圧直後においては圧力が非一様的であるが、その後気泡が成長し、Ostwald成長をはじめると、系内の圧力がほぼ一様とみなせる領域になり、平均場的取り扱いが正当化される。これが古典核生成理論による気泡成長率の予言は失敗するが、同様な仮定を置くLifshitz-Slyozov-Wagner理論が気泡のOstwald成長を正しく記述できる理由であるとわかった。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Ostwald ripening in multiple-bubble nuclei2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe, Masaru Suzuki, Hajime Inaoka, and Nobuyasu Ito
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 141 ページ: 234703

    • DOI

      10.1063/1.4903811

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] スパコンプログラマの日常 ~スパコンを使うのって難しいの?~2014

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      スパコンを知る集い in 静岡 ~「京」、そしてその先へ~
    • 発表場所
      グランシップ 会議ホール・風 (静岡県静岡市)
    • 年月日
      2014-12-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 多重気泡生成過程における気泡間相互作用の数値的解析2014

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      物性研スパコン共同利用成果報告会
    • 発表場所
      東京大学物性研究所 (千葉県柏市)
    • 年月日
      2014-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Huge-Scale Molecular Dynamics Simulation of Multi-bubble Nuclei2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      Nose Dynamics 30 Years (NOSE30)
    • 発表場所
      慶応大学三田キャンパス (東京都港区)
    • 年月日
      2014-11-10
  • [学会発表] 多重気泡生成過程における気泡間相互作用の数値的解析2014

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      第1回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題 成果報告会
    • 発表場所
      コクヨホール (東京都港区)
    • 年月日
      2014-10-31
  • [学会発表] 多重気泡生成過程における非平衡仕事2014

    • 著者名/発表者名
      渡辺宙志
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス (愛知県春日井市)
    • 年月日
      2014-09-07
  • [学会発表] Huge-Scale Molecular Dynamics Simulation of Multi-bubble Nuclei2014

    • 著者名/発表者名
      H. Watanabe, M. Suzuki, H. Inaoka, and N. Ito
    • 学会等名
      NCSA Blue Waters Symposium for Petascale Science and Beyond
    • 発表場所
      Champaign-Urbana (アメリカ)
    • 年月日
      2014-05-15
  • [備考] How the Physics of Champagne and Soda Bubbles...

    • URL

      http://www.aip.org/publishing/journal-highlights/how-physics-champagne-and-soda-bubbles-may-help-address-worlds-future

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公開日: 2016-06-01  

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