凝縮における逆温度こう配現象の分子動力学法による検証

用分子动力学方法验证冷凝过程中的逆温度梯度现象

• 批准号: 08650267
• 负责人: 鶴田 隆治
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650267/
• 关键词: 凝縮; 逆温度こう配; 気液界面; 分子動力学; モンテカルロ法; 凝縮係数; 蒸発係数; 速度分布

低温の凝縮面に近づくにつれて蒸気温度が高くなり,気液界面で大きな温度ジャンプを伴って液面温度に至るという"逆温度こう配現象"を,気液界面における分子境界条件の妥当性を調べることにより,実際の物理現象として正しいものであるかどうかの検証を行った。まず,分子動力学法を用いてアルゴン分子からなる気液界面を形成し,界面方向に入射する分子の凝縮確率と界面を離れる蒸発分子と反射分子の速度分布を計測した。これにより,凝縮確率は入射分子の界面鉛直方向の運動エネルギーの関数であり,平衡系の蒸発係数も分子の界面鉛直方向の運動エネルギーの関数となり,蒸発分子と反射分子の速度分布が,蒸発係数を重み関数としてMaxwell分布を修正することによって表現できることが示された。次に,得られた情報を気液界面における凝縮と反射,ならびに蒸発分子に関する分子境界条件として利用し,直接シミュレーションモンテカルロ法を用いた凝縮流れの解析を行った。逆温度こう配に関する従来の研究では,凝縮係数を全ての速度領域に対して1とした研究が中心であり,この場合に顕著な逆温度こう配となることが本研究でも観察されている。しかし,新しい境界条件を適用すると逆温度こう配とはならず,凝縮面に向かって緩やかに温度が低下することが確認された。また,この理由として,凝縮係数の速度依存性を考慮すると反射分子が界面近傍での速度分布の定速側に寄与するが,凝縮係数を1とした完全凝縮の場合には反射分子がないため定速の分子が減り,逆にエネルギーの高い高速の分子が多くなって逆温度こう配となることがわかった。実際の物質の凝縮係数は全ての速度領域において1であるとは考えにくいため,逆温度こう配現象は仮説に基づいた現象であるものと判定される。

“反温度梯度现象”，其中蒸汽温度在接近低温冷凝表面时会增加，并在气体液体界面上以较大的温度跳跃到达液体表面温度，以查看它是否是一种真正的物理现象，是否是一种真正的物理现象，通过检查气体界面的分子边界条件的有效性。首先，使用分子动力学形成了由氩分子组成的气 - 液接口，并测量了界面方向上入射的分子的缩合概率，并测量了蒸发和反射分子的速度分布。这表明凝位概率是在入射分子界面垂直方向上动能的函数，平衡系统的蒸发系数也是分子界面垂直方向在分子的垂直方向上的函数，以及通过蒸发分子的速度分布的速度分布，可以通过反射分子进行调整，以实现反射分子的速度分布加权功能。接下来，将所获得的信息用作在气体界面和蒸发分子处的凝结和反射的分子边界条件，并使用直接模拟蒙特卡洛方法对冷凝流进行分析。在先前关于反温度梯度的研究中，重点是研究，所有速度区域的凝结系数为1，在这种情况下，在这项研究中已经观察到了反向温度梯度的发音。但是，已经证实，当应用新的边界条件时，温度不会变成反向温度梯度，并且温度将逐渐降低缩合表面。 Furthermore, as a reason for this, when considering the velocity dependence of the condensation coefficient, the reflective molecules contribute to the constant velocity side of the velocity distribution near the interface, but in the case of perfect condensation with the condensation coefficient of 1, there are no reflective molecules, so the constant velocity molecules decrease, and conversely, the number of high-energy high-speed分子增加，导致温度梯度反比。由于在所有速度区域中，实际材料的冷凝系数不可能不可能为1，因此逆温度梯度现象被确定为假设现象。

项目成果

鶴田隆治: "気液界面の分子境界条件と非平衡物質伝達" 第34回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 3. (1997)

Ryuji Tsuruta：“气液界面的分子边界条件和非平衡传质”第 34 届日本传热研讨会论文集 3。（1997 年）。

鶴田隆治: "凝縮における逆温度こう配現象の検証(分子動力学法による境界条件の適用)" 第74期日本機械学会通常総会講演論文集. 1. (1997)

Ryuji Tsuruta：“凝结中逆温度梯度现象的验证（使用分子动力学方法应用边界条件）”日本机械工程师学会第 74 届年会论文集 1。（1997 年）。

鶴田隆治: "Condensation Coefficient and Interphase Mass Transfer" Proc.of Int,Center for Heat and Mass Transf. (ICHMT) Symp.on Molecular and Mocroscale Heat Transfer in Materials Processing and Other Applications. 1. 243-254 (1996)

Ryuji Tsuruta：《材料加工和其他应用中的分子和宏观传热》国际传热中心 (ICHMT) 的“冷凝系数和相间传质”。