分子気体力学による低圧気流およびマイクロスケール気体流の安定性の研究

利用分子气体动力学研究低压和微尺度气流的稳定性

基本信息

批准号：
04J01161
负责人：
吉田広顕
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,分子気体力学によってさまざまな流れに起こる現象を,流れの分岐・安定性を中心に解明することが目的である.平成18年度は,回転する同軸二重円筒間の二成分混合気体の流れについて研究を行った.混合気体は,円筒を構成する物質の蒸気と,それとは別種の気体(非凝縮性気体とよぶ)から成る.蒸気は円筒の壁面上で蒸発または凝縮を起こすが,非凝縮性気体は蒸発・凝縮いずれも起こさない.この問題を,まず軸方向・軸周り共に一様という空間1次元問題の仮定のもとに,とくに連続体極限(希薄から常圧に近づく極限)に着目して分子気体力学により調べた.解析手法としては漸近解析を用いた.より詳しくは,連続体極限からのずれを代表する量(クヌーセン数)を微小パラメータとして,基礎方程式であるボルツマン方程式の漸近展開を行い,混合気体の連続体極限での振舞を記述する流体力学的方程式系(ナビエ・ストークス型の方程式系)を導出した.その結果,連続体極限では蒸発・凝縮は止まるにもかかわらず,無限小の蒸発・凝縮が,その極限の流れ場へ大きな影響を及ぼすことが示された(幽霊効果と呼ばれる現象の一例).さらに,その流体力学的方程式系は,解の分岐を示すことも明らかになった.また,これらの結果は直接シミュレーション・モンテカルロ(DSMC)法と呼ばれる手法によって数値解析を行うことによっても裏付けられた.これまでは,軸方向・軸周り共に一様である場合を考えたが,次に,軸方向の一様性をはずして,動径方向および軸方向の2次元問題として同じ問題を考え,DSMC法による数値解析を行った.その結果,上の1次元解析で得られた解のいくつかは不安定で,2次元的な流れ場へと移行することが観測されている.2次元問題は,かなりの計算時間がかかり,いまのところ結果は少数であるので,系統的なデータ収集を行うことが本研究の今後の課題である.

这项研究旨在阐明通过分子气体力学的各种流中发生的现象，重点是流量的分支和稳定性。在2006年，我们研究了旋转同轴双缸之间的两种组分混合气体的流动。混合气体由构成圆柱体的物质和一种不同种类的气体（称为不可固定的气体）组成。蒸汽在气缸壁上蒸发或冷凝物，但不可固化的气体不会蒸发或冷凝。该问题首先是由轴向方向解释的。 Based on the assumption of a one-dimensional spatial problem of uniformity around the direction and axis, we investigated it using molecular gas mechanics, particularly focusing on the continuum limit (the limit approaching normal pressure from dilution).As an asymptotic analysis was used as an analysis method.To more detail, we performed asymptotic expansion of the Boltzmann equation, the basic equation, using the quantities representative of the shift from the continuum limit （Knudsen编号）作为一个小参数，以及一个描述连续限制的混合气体行为的流体动力方程系统（Navier-Stokes类型方程系统）。结果得出了结果。结果表明，尽管在连续限制下蒸发和凝结停止，但无限小的蒸发和凝结对限制的流场具有重大影响（称为幽灵效应的现象的例子）。此外，还揭示了方程式的流体动力系统显示了溶液的分支。这些结果还通过数值分析使用了一种称为直接仿真蒙特卡洛（DSMC）方法的方法支持。到现在为止，使用了轴向方向。 - 我们考虑了轴向均匀的情况，但是我们在轴向方向上脱离均匀性，并认为与径向和轴向二维问题相同，并使用DSMC方法进行了数值分析。结果，已经观察到，在上述一维分析中获得的某些解决方案是不稳定的，并且它们过渡到二维流场。由于二维问题需要大量的计算时间，并且结果当前很小，因此这项研究的未来挑战是收集系统数据。