多成分・非平衡系における液体分子の蒸発メカニズムの解明

阐明多组分非平衡体系中液体分子的蒸发机理

基本信息

批准号：
21J10669
负责人：
田部広風海
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10669/
关键词：
平衡・非平衡に依存しない蒸発係数

项目摘要

本研究の目的は，液体を構成する「蒸気分子」と非凝縮性の「気体分子」で構成された二成分混合系における蒸気分子の蒸発係数の算出である．蒸発係数とは，単位時間・単位面積あたりの蒸気分子の蒸発量を表すパラメータであり，算出するための手法としては分子一個一個の動きを追跡可能な分子スケールのシミュレーション手法である分子動力学法を使用した．蒸発係数を正しく算出することにより，最終的にはマクロスケールの数値解析手法においてより正確に液体の蒸発を表現した数値解析を行うことが可能となる．本研究では平衡状態下および非平衡状態下での蒸発係数の値の比較を行うことで平衡・非平衡の度合いと蒸気係数の関係を調査し，同様に計算系に存在する気体分子数と蒸発係数の関係も調査した．また，非凝縮性の気体分子は液体表面に多く滞在し吸着膜を形成するということが報告されているため，気体分子が蒸気分子の蒸発にどのような影響を与えるのかの議論も行った．調査の結果として，蒸発係数，すなわち蒸気分子の蒸発量は平衡・非平衡にはほとんど依存しないことが分かった．一方で，蒸発係数は計算系に存在する気体分子数（気体の分圧）の増加に伴ってその値が大きく減少する，すなわち蒸発が抑制されるということが明らかになった．また，蒸発が妨げられた蒸気分子の挙動を追跡した結果，液体表面に形成される気体分子の吸着膜は蒸気分子の蒸発にほとんど影響を与えておらず，液面近傍の気相領域に存在する気体分子との衝突によってその蒸発が多く抑制されていることが明らかになった．本研究によって，液体の蒸発を伴った様々な物理現象に対して，計算系の平衡・非平衡，および気体の存在を正確に考慮したマクロスケールの数値解析を行うことが可能となる．そのため，本研究では蒸発現象に対する流体解析の発展に寄与する結果が得られたと言える．

这项研究的目的是计算由构成液体的“蒸气分子”和不可凝结的“气体分子”组成的二元混合系统中蒸气分子的蒸发系数。蒸发系数是表示单位时间、单位面积上蒸气分子蒸发量的参数。其计算方法是分子动力学法，是一种可以跟踪每个分子运动的分子尺度模拟方法。被使用了。通过正确计算蒸发系数，最终可以使用宏观数值分析方法进行更准确地表示液体蒸发的数值分析。在本研究中，我们通过比较平衡和非平衡条件下的蒸发系数值，研究了平衡/非平衡程度与蒸汽系数之间的关系。此外，由于有报道称许多不凝性气体分子停留在液体表面并形成吸附膜，因此我们还讨论了气体分子如何影响蒸气分子的蒸发。研究结果发现，蒸发系数，即蒸气分子的蒸发量，几乎不依赖于平衡或非平衡。另一方面，可知随着存在于计算系统内的气体分子数(气体分压)的增加，蒸发系数的值显着降低，即蒸发受到抑制。另外，对蒸发被阻止的蒸气分子的行为进行追踪的结果发现，在液体表面形成的气体分子的吸附膜对蒸气分子的蒸发几乎没有影响，并且气体分子的吸附膜对蒸气分子的蒸发几乎没有影响。液体表面形成的气体分子对蒸气分子的蒸发几乎没有影响，而且它存在于液体表面附近的气相区域，与气体分子的碰撞很大程度上抑制了蒸发。这项研究使得对与液体蒸发相关的各种物理现象进行宏观数值分析成为可能，同时考虑到计算系统的平衡/非平衡和气体的存在。因此，可以说这项研究提供了有助于蒸发现象流体分析发展的结果。