Mechanical and thermodynamic understanding of dynamic wetting through the connection between microscopic and macroscopic mechanics

通过微观和宏观力学之间的联系对动态润湿的机械和热力学理解

基本信息

批准号：
20J20251
负责人：
楠戸宏城
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マクロスケールの平衡状態の濡れ，すなわち静的濡れにおいては，固体表面上における固気液三相の交線である接触線に対して固気・気液・固液の界面張力がつり合うことで固体面と気液界面の成す角である静的接触角が決定される．一方，接触線が固体面上を動的に移動する動的濡れ現象においては，接触線近傍における固液の摩擦力や液体内部の粘性によりその動的接触角は静的接触角から変化することが知られる．昨年度までの動的接触線近傍における熱流解析により，バルク部では粘性散逸により発熱し，前進接触線でも同様に発熱する一方，後退接触線では直感に反して吸熱，すなわち冷却されていることが明らかになった．本年度は，その動的接触線近傍で誘起される特異な発熱・吸熱現象のメカニズムを明らかにした．具体的には，通常は偏微分で記述されるマクロのエネルギー保存則を，物質微分を用いて書き換えることで，流体の発熱・吸熱現象は応力の仕事だけでなく流跡線に沿った内部エネルギー変化によることが分かり，特に動的接触線近傍においては後者が支配的であることを定量的に示した．本研究で明らかになったナノスケールの熱輸送現象は，既存の動的濡れのモデルには組み込まれてこなかったものであるため，今後の動的濡れのモデルに対して新しい視点を与えるものである．また，ナノスケールにおける物質輸送において重要である固液界面におけるすべりに関する解析も進めており，固液界面の摩擦による散逸に関してミクロスケールとマクロスケールを接続することで，熱的観点からすべり速度を定義する方法を提案した．

在宏观平衡润湿中，即静态润湿，固-气、气-液、固-液的界面张力相对于接触线达到平衡，接触线是界面上固-气-液三相的交线。固体表面，从而测定固体的静态接触角，即表面与气液界面之间的角度。另一方面，在接触线在固体表面上动态移动的动态润湿现象中，由于接触线附近固液的摩擦力和内部的粘度，动态接触角与静态接触角发生变化。液体是已知的。直到去年的动态接触线附近的热流分析表明，由于粘性耗散，在主体部分中产生热量，并且在前接触线处以同样的方式产生热量，但与直觉相反，热量被吸收，或者冷却，在后退的接触线处。今年，我们阐明了动态接触线附近引起的独特放热和吸热现象的机制。具体来说，通过改写通常用偏微分描述的宏观能量守恒定律，利用材料微分，流体的发热和吸热现象不仅可以通过应力功来计算，还可以通过沿轨迹的内能来计算我们定量地表明后者占主导地位，特别是在动态接触线附近。本研究揭示的纳米尺度热传输现象尚未纳入现有的动态润湿模型中，因此将为未来的动态润湿模型提供新的视角。我们还在继续分析固液界面的滑移，这对于纳米尺度的质量传输很重要，并且通过连接微观尺度和宏观尺度关于固液界面摩擦引起的耗散，我们定义了滑移率：我们提出了一种热视角方法。

项目成果

期刊论文数量（24）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Lennard-Jones液体面に浸されたナノスケールの固体円筒に働く毛管力の曲率依存性

Lennard-Jones 作用于浸入液体表面的纳米级固体圆柱体上的毛细管力的曲率依赖性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡部桂太朗;楠戸宏城;大森健史;山口康隆
通讯作者：
山口康隆

固体面上のナノバブルの界面張力に関する分子動力学解析

固体表面纳米气泡界面张力的分子动力学分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamamoto Hisako W.;Kawahara Misako;Tanaka Akihiro;石黒安里;手嶋秀彰，楠戸宏城，Bistafa Carlos，山口康隆
通讯作者：
手嶋秀彰，楠戸宏城，Bistafa Carlos，山口康隆

MoPによる定常な動的接触線近傍の応力解析

使用 MoP 进行稳定动态接触线附近的应力分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
楠戸宏城;大森健史;山口康隆
通讯作者：
山口康隆

マクロの流れを伴うミクロの系における局所的応力テンソルの計算: 速度分布関数に基づくMethod-of-Planeの定式化

宏观流动微观系统中局部应力张量的计算：基于速度分布函数的平面法

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
楠戸宏城;大森健史;山口康隆
通讯作者：
山口康隆

Water on hydroxylated silica surfaces: Work of adhesion, interfacial entropy, and droplet wetting

DOI：
10.1063/5.0056718
发表时间：
2021-08-14
期刊：
JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS
影响因子：
4.4
作者：
Bistafa, Carlos;Surblys, Donatas;Yamaguchi, Yasutaka
通讯作者：
Yamaguchi, Yasutaka

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发表时间：
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期刊：
影响因子：
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通讯作者：
片岡秀太，森下海都，西内悠祐，奥村勇人，赤松重則，秦隆志

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DOI：
发表时间：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
山脇直也，奥村勇人，赤松重則，西内悠祐，秦隆志

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通讯作者：
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作者：
楠戸宏城;山口康隆
通讯作者：
山口康隆

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DOI：
发表时间：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
Estacio Ian;Sianipar Corinthias P.M.;Onitsuka Kenichiro;Basu Mrittika;Hoshino Satoshi;大賀春輝;大賀春輝;楠戸宏城;大賀春輝;Haruki Oga;千崎亮平;千崎亮平
通讯作者：
千崎亮平