気泡核生成および成長過程に対する多重プロセス解析

气泡成核和长大过程的多过程分析

基本信息

批准号：
05J11036
负责人：
津田伸一
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 JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J11036/
关键词：
nucleationーgrowth bubble nuclei noncondensable gas molecular dynamics multiーscale analysis power law nucleation-growth multi-scale analysis size distribution function surface tension

项目摘要

本研究では,気泡核の生成-成長過程を分子スケールからボトムアップ的に解明することを目的として,分子動力学シミュレーションにもとづく解析をおこなっている.昨年度までの研究により,不純物の混入がない系では,オストワルド成長に類似した競合的な成長が起こるのに対して,分子間力の弱い不凝縮ガスが混入している系では,合体にもとづく成長が顕著になることがわかっている.また,平均気泡核半径の時間変化が示すべき乗則(成長速度指数)に注目すると,双方の系において1/2に近い値を示す一方で,成長速度指数を決める二つの物理量(総気泡核半径と総気泡核数)に対するべき指数には,大きな違いが表れることも明らかになっている.本年度は,このような違いが気泡核サイズの時間変化特性に依存していることを具体的に示した;まず競合型の場合には,気泡核サイズの時間変化が液相中を伝わる音速に依存した速い時間変化を示すことで,気泡核の重心移動によってまわりの気泡核と接触・合体する時間スケールよりも短くなることに起因する.一方,合体型の場合には,各気泡核のサイズ変化の時間スケールが,不凝縮ガスの拡散という,液相中の音速よりもはるかに遅い時間変化特性を有しており,競合的な機構も存在するものの,気泡核の重心移動によってまわりの気泡核と接触・合体する時間スケールの方が短くなるために合体が頻繁に起こるようになる.また,計算領域に対する依存性を検証するために,超大規模分子動力学計算を実施した.具体的には,分子数約600万個,領域の大きさが一辺あたり70nmの3次元計算を,競合型の気泡核に対して実施した.その結果,成長速度指数そのものには大きな違いが表れず,小さい計算系の場合と同様に1/2に近い値を示すのに対して,成長速度指数を決める二つの物理量(総気泡核半径と総気泡核数)に対するべき指数には差異が表れる可能性があることを示した.

在这项研究中，我们基于分子动力学模拟进行了分析，目的是以自下而上的方式从分子尺度阐明气泡核的形成和生长过程。直到去年的研究表明，与Ostwald增长类似的竞争增长发生在不包含杂质的系统中，而在包含无分分子间分子间力的无需气体的系统中，基于合并的增长是显着的。此外，平均气泡核半径的时间变化所指示的功率。当我们专注于法律（增长率指数）时，很明显，尽管两个系统中的值接近1/2，但确定生长速率指数的两个物理量（总气泡核半径和总气泡核）的功率指数也存在显着差异。今年，我们特别表明这些差异取决于气泡核大小的时间变化特征。首先，在竞争性类型的情况下，气泡核大小的时间变化显示，取决于穿越液相的声速，并且可以实现气泡核的变化。这是因为由于重心的运动而导致的接触时间和与周围气泡核的聚合的时间尺度比接触的时间尺度和与周围气泡核合并的时间尺度要短。 On the other hand, in the case of the combined type, the time scale of the size change of each bubble nuclei has a time-change characteristic that is much slower than the speed of sound in the liquid phase, which is the diffusion of uncondensed gas, and although there is a competitive mechanism, the time scale of contact and coalescing with surrounding bubble nuclei becomes shorter due to the center of gravity of the bubble nuclei, which leads to frequent合并。此外，由于气泡核的重心运动，接触和与周围气泡核的聚合的时间尺度变得更短。此外，计算区域的时间尺度用于比较计算区域的时间尺度。为了验证依赖性，进行了超大规模的分子动力学计算。具体而言，在竞争气泡核上进行了大约600万个分子和每侧70 nm的区域大小的三维计算。结果，增长率指数本身没有显着差异，尽管它显示出接近1/2的值，就像在小计算系统的情况下一样，在功率指数中可能会出现差异的两个物理量，用于确定生长速率指数的两个物理量（总泡泡核核和总泡沫核）。