高温固体面の濡れと熱伝達の分子動力学解析

高温固体表面润湿传热的分子动力学分析

• 批准号: 11875051
• 负责人: 井上 満
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11875051/
• 关键词: 固・液接触; 高温面; 分子動力学法; 蒸発・沸騰; 熱伝達; 高温固体面

高温固体壁面に対して微小液滴が接触や衝突するときの挙動は,例えば鋼材冷却における膜沸騰崩壊やリウェットの引き金となる現象に関連してきわめて興味深いとともに,その制御が可能であれば工業的に重要な応用が考えられる.ところが,高温壁面が濡れ始める物理機構に関しては,未知の部分が多い.そこで,本研究においては,分子動力学法を用いて高温固体面に微少な液滴が衝突した場合の挙動を検討した.高温固体は簡単なバネマスポテンシャルで表現した絶縁固体を考え,これに接触するアルゴン液滴の挙動を分子動力学法で検討した.アルゴンの液滴としては分子数数千個まで,固体面としては原子3層の薄膜で近似し,膜沸騰時の微小液滴の固体面衝突やリウェット現象の引き金となるであろう現象を模擬すべく,固体表面にアルゴン液滴を衝突させるシミュレーションを行った.具体的には,様々な壁面温度および衝突速度のシミュレーションの結果をもとに,アルゴン液滴の一部あるいは全部が表面に付着するか否か,液滴と固体面に温度差がある場合にどの程度のエネルギー授受が可能かをマップとして示した.壁面温度を300Kで一定として,衝突速度の小さい10m/sの場合には熱泳動によって衝突以前に跳ね返り相変化や熱伝達にはほとんど寄与しない.壁面で跳ね返る50m/sと100m/sを比較してみると衝突速度が大きい方がより壁面の近傍まで接近するため,より急激な相変化と熱流束を与える.一方,衝突速度が極めて大きい500m/sの場合には,壁面への衝突と同時に液滴重心の並進運動エネルギーの相当量が温度に変換されて瞬間的に液滴全体が蒸気となってしまう.

例如，微无p开始接触或与高温实心壁表面碰撞的行为非常有趣，例如，与导致薄膜沸腾并在钢制冷却中重新吹干的现象有关，如果可以控制它们，则可能是重要的工业应用。但是，物理机制有许多未知的方面，高温壁表面开始湿润。因此，在这项研究中，我们研究了微螺旋体使用分子动力学与高温固体表面碰撞的行为。高温固体被认为是表达为简单弹簧电势的绝缘固体，并使用分子动力学检查了与之接触的氩液滴的行为。氩液滴被三个原子的薄膜作为固体表面近似，并模拟了造成固体表面碰撞并重新吹干微螺旋体现象的现象，当膜沸腾时，氩滴会影响固体表面。进行模拟以引起碰撞。具体而言，根据各种壁温度和碰撞速度模拟的结果，我们展示了一个地图，以查看是否粘附到表面的零件或所有氩液滴，以及当液滴和固体表面之间的温度差时可以转移或接收多少能量。壁温度为300K，碰撞速度为10m/s时，由于热疗法，碰撞速度较低，并且相撞前的相变或热传递。当比较壁上反弹的50m/s和100m/s时，较高的碰撞速度接近壁的附近，从而导致更快的相变和热通量。另一方面，当碰撞速度极高时，与壁表面上的碰撞速度同时将重量的重心转换为温度，从而导致相位和热通量的迅速变化。另一方面，当碰撞速度极高时，液滴重心的大量翻译动能会转化为温度，并且整个液滴立即变为蒸汽。