分子シュミレーションの数値熱流体力学への応用の研究

分子模拟在数值热流体动力学中的应用研究

基本信息

批准号：
10750147
负责人：
松本充弘
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

熱流体現象の解明に、分子シミュレーションと統計物理学的解析を応用する研究のうち、本年度は次の研究を行った。(1)過飽和蒸気からの液滴生成の分子機構:イオンをモデル化した既存核からの核生成過程を、Lennard-Jones蒸気ならびに水蒸気を用いた分子動力学計算によって追求した。Lennard-Jones蒸気については、グランドアンサンブルモンテカルロ法による自由エネルギー評価を併せておこない、既存核が自由エネルギー障壁を引き下げるために過飽和度が小さい場合には自由エネルギー極小にトラップされる結果、クラスター生成が停止することが見いだされた。水蒸気については、過飽和度が大きい場合にはイオン電荷の符号にはよらず急速なクラスター成長が観測されたが、過飽和度が小さい場合に水和クラスター構造の違いによってカチオン(カリウムイオン)の場合は成長が途中で停止するのに対し、アニオン(塩化物イオン)ではゆるやかな成長が継続することが見いだされた。2)変動圧力場中の気泡振動:ソノルミネセンスやキャビテーション機構の解明のために、大規模系の分子動力学計算をおこない、液体中の気泡が圧力場の変化によって崩壊する過程を追跡した。主として気泡内の分子挙動から、気泡内温度の上昇や気泡界面での物資移動(蒸発・凝縮)およびエネルギー移動(熱伝導)の定量的評価をおこない、断熱圧縮性からのずれを求めることができた。併せて、気泡崩壊の直後に、外側の流体に向けて衝撃波が発生・伝搬する現象が見いだされた。従来の数値流体力学との間のミクロ-マクロ接合を行うためにはさらに大きなシステムの計算が望まれるが、熱流体解析への分子シミュレーションの適用可能性を示すものである。

今年，我们今年在应用分子模拟和统计物理分析以阐明热力学现象的研究中进行了以下研究。（1）通过使用Lennard-Jones蒸汽和水蒸气的分子功率学术计算，通过分子功率学术计算来追求来自过度蒸汽的液态滴剂的分子机制：现有核的分子分子形成过程。关于Lennard-Jones Steam，如果现有核很小，则可以将大量的蒙特卡洛法进行自由能量，以降低自由能屏障，从而产生较小的能量。关于水蒸气，当肥大程度很高时，在离子电荷数中观察到快速簇的生长，但是在阳离子（钾离子）的情况下，由于水合簇结构的差异很小在途中停下来，发现阴离子（氯离子）继续变得宽松地生长。 2）波动压力场中的气泡振动：进行大型分子动态学术计算以阐明Sonor Minine设置和空化机制，并且由于压力场的变化而跟踪了液体中的气泡。主要是气泡中的分子行为，气泡中分子温度的定量评估，可以要求气泡的转移（蒸发 /冷凝）和能量运动（热传导），并且可以是绝缘压缩的位移要求。同时，在发现气泡崩溃后立即产生冲击波并在发生冲击波的现象中，发生并传播。需要与常规数值流体力学连接以计算较大的系统，但表明将分子模拟应用于热分析的可能性。