ナノバブル混入液体のミクロ・マクロ特性に関する分子動力学的解析

含纳米气泡液体微观/宏观性质的分子动力学分析

基本信息

批准号：
15760101
负责人：
徳増崇
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760101/
关键词：
ナノバブル準定状態分子動力学法熱伝導気液界面準安定状態

项目摘要

液体中に気泡(ナノバブル)を安定して存在させ、その気泡混入状態の液体のミクロ、マクロ特性を分子動力学法により解析した。平成15年度は分子動力学法により気泡が安定して存在する計算系の設定を行った。その結果、液体中の温度を制御して熱伝導率を計算する手法では温度制御領域に気泡ができてしまい、正しく計算が行われないことが明らかとなった。この結果を踏まえて平成16年度は液体の両端に固体壁を設け、固体壁の温度を制御する事で熱伝導率の計算を行うようにした。またこのようにして得られた値とGreen-Kuboの公式などで得られた値との比較を行った。また液体中の密度揺らぎを定量化して熱伝導率との因果関係を求める解析も行った。密度揺らぎはある条件下における単相液体状態の分子動力学計算を行い,その計算領域をいくつかの小さなセルに分割してそのセルがある密度を取る確率分布を求め,その代表値を密度揺らぎを表す指標として用いた。しかしながらこの解析の結果、ナノバブル混入液体中の密度揺らぎと熱伝導率との間には特に定量的な知見は得られなかった。また液体を二原子分子として取り扱った系の計算を同様にして行い,液体分子が内部自由度を持つことによって核生成速度にどのような影響が生じるかを解析した。液体分子は2Center Lennard-Jonesポテンシャルを仮定した。その結果、ナノバブル混入液体中の気液界面にはあまり温度ジャンプがみられなかったが、気相がナノバブルとしてではなく完全に流路を横切るようにして存在する径では気液界面に大きな温度ジャンプが存在することが明らかとなった。

通过分子动力学分析了气泡（纳米气泡）稳定存在的液体的微观和宏观性质，并且液体与气泡混合的状态下的微观和宏观性质通过分子动力学分析。在2003年，我们建立了一个计算系统，其中使用分子动力学方法稳定地存在气泡。结果，已经揭示了使用一种控制液体中温度的方法来计算导热率，温度控制区域中的气泡形成，并且无法正确执行计算。考虑到这些结果，在2004年，在液体的两端提供了固体壁，并通过控制固体壁的温度来计算热导率。此外，将以这种方式获得的值与使用绿色kubo公式等获得的值进行了比较。我们还进行了一项分析，以量化液体中的密度波动，并用导热性计算因果关系。密度波动是通过在一定条件下单相液态的分子动力学计算的，并将计算区域分为几个小细胞，以获得概率分布，以获得一定的细胞密度，并将代表性值用作指数来表示密度波动。然而，该分析表明，在含纳米比较的液体中，密度波动和热导率之间未获得特定的定量发现。此外，以相同的方式进行了将液体视为双原子分子的系统的计算，并根据成核的速率分析了具有内部自由度的液体分子的效果。假定液体分子具有2center Lennard-Jones的潜力。结果，尽管在含有纳米泡的液体的气液界面处的温度不高，但据显示，当蒸气相完全越过流动路径而不是作为纳米泡时，气体液体界面处存在很大的温度跳跃。