2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of non-equilibrium phase change at gas-liquid interface mechanism for mixture gas and its application to molecular multi-phase fluid dynamics
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20K04277
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小林 一道 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80453140)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 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 / 分子運動論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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．2021年度は主に以下の３つの研究を行った．
１．分子計算（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．その結果，気体論境界条件に含まれる二つの未知パラメータ（蒸発係数および凝縮係数）を決定した．本結果より，非平衡気液界面における蒸発係数と凝縮係数の値は，平衡状態および非平衡状態において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示唆された．
２．分子動力学解析を用いて，固体壁と液体に挟まれた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を検証した．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，高クヌーセン数流れになるほど，気液界面の境界条件が平衡状態の関数形から異なることが示唆された．これについてはさらなる検討が必要である．
３．分子動力学解析を用いて，混合液体（エタノール・イソオクタン）の蒸発について検証した．分子動力学計算を用いてエタノール・イソオクタンの気液平衡系を作り出し，１の研究で提案した方法によって，液体から蒸発する分子の成分について調べた．その結果，エタノールの濃度が低い混合液体においても，蒸発するエタノール分子の割合は高くなることが示された．今後はこの知見を用いて実験結果を整理する予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りに混合気体の気体論境界条件を構築することに成功し，論文として報告した．また，その結果を用いて，混合液体の気体論境界条件の構築の検証をすることができた．これら結果を鑑み，当初の計画以上に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の計画として以下の研究を行う予定である．
１．２０２１年度と同様に，分子動力学解析を用いて固体壁と液体に挟まれた気体のクエット流れに関する計算を行う．これにより，気体論境界条件の位置を決定し，非平衡状態の気液界面の境界条件の決定を行う．
２．２０２１年度と同様に，分子動力学解析を用いて，混合液体（エタノール・イソオクタン）の蒸発について検証する．特に，２０２１年度よりも多様な条件（混合割合や温度）における解析を行い，これまでの結果との比較を行うことで，混合液体に対する気体論境界条件の検証を行う．
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