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2014 年度 実施状況報告書

分子気体力学にもとづく非定常な蒸発・凝縮流れの数理的研究

研究課題

研究課題/領域番号 25820046
研究機関大阪大学

研究代表者

稲葉 匡司  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00648511)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード分子気体力学 / 蒸発・凝縮 / Boltzmann方程式
研究実績の概要

非定常な蒸発・凝縮現象は,工学上重要な物理現象のひとつである.気液界面から遠く離れた気体中において,蒸発・凝縮による気体の流れ,すなわち,蒸発・凝縮流れが誘起される.蒸発・凝縮流れは,界面の状態(界面表面温度・飽和蒸気密度等)や遠方の気体の巨視的物理量(密度・温度等)に依存し,それらが特定の関係を満たす場合に実現される.この関係は,流体力学の領域に対する境界条件を与えることから,個々の流体力学の問題を解く上で,基礎的かつ本質的に重要な知見となる.非定常な弱い蒸発・凝縮流れと界面および無限遠との状態をつなぐ特定の関係を見出す方法を確立し,これをもって流体工学の基礎と応用への貢献を目指すことが本研究の目的である.
平成26年度においては,平成25年度に完成させた気液界面において非定常な弱い蒸発・凝縮をともなうES-BGK Boltzmann方程式の半無限境界値問題を数値的に解くための方法論を,工学の応用上重要な多原子分子気体である水の場合に拡張し,大規模な数値解析を行い次の知見を得た.(1)非定常な流れの効果の大きさの尺度を表わすStrouhal数Shの増加にともない,界面における質量流束と界面の速度の位相・振幅のずれは増加してゆく.(2)界面の速度が0から正(負)の速度となる時,Sh=0の場合,すなわち,定常な流れの場合は瞬時に凝縮(蒸発) が生じるが,Sh≠0の場合は蒸発・凝縮が瞬時に切り替わらない.

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

当初の研究計画のとおり,気液界面において非定常な弱い蒸発・凝縮をともなうES-BGK Boltzmann方程式の半無限境界値問題を数値的に解くための方法論を,工学の応用上重要な多原子分子気体である水の場合に拡張し,様々なStrouhal数(0<Sh<1)に関する大規模な数値解析を行った.本研究成果は次年度の研究計画の遂行のための基礎となる.

今後の研究の推進方策

当初の研究計画のとおり,水やメタノールなど工学上重要な多原子分子気体に関して非定常な弱い蒸発・凝縮をともなうES-BGK Boltzmann方程式の半無限境界値問題に対する大規模な数値解析を行い,その数理的特徴を明らかにすることを目指す.

次年度使用額が生じた理由

研究成果発表のため,国内外旅費に充てる予定である.

次年度使用額の使用計画

研究成果発表のため,国内外旅費(国内2件,国外2件)に充てる予定である.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2014

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] 線形化されたES-BGKモデルに関する非定常な蒸発・凝縮をともなう半無限境界値問題2014

    • 著者名/発表者名
      稲葉 匡司,矢野 猛
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2014
    • 発表場所
      東北大学,仙台
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-17
  • [学会発表] Half-space problem for linearized ES-BGK model equation with unsteady evaporation and condensation flows2014

    • 著者名/発表者名
      Masashi Inaba and Takeru Yano
    • 学会等名
      29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      2014-07-13 – 2014-07-18

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公開日: 2016-06-01  

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