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。

让气泡（纳米气泡）稳定存在于液体中，并利用分子动力学方法分析含有气泡的液体的微观和宏观性质。 2003年，我们利用分子动力学方法建立了气泡稳定存在的计算系统。结果表明，通过控制液体中的温度来计算热导率的方法会导致在温度控制区域中形成气泡，从而导致计算不正确。基于这一结果，2004年我们在液体的两端安装了实体壁，并通过控制实体壁的温度来计算热导率。我们还将通过这种方式获得的值与使用 Green-Kubo 公式获得的值进行了比较。我们还进行了分析，以量化液体中的密度波动并确定与热导率的因果关系。密度涨落的计算方法是在一定条件下对单相液态进行分子动力学计算，将计算区域划分为若干个小单元，求出每个单元具有一定密度的概率分布，并根据密度计算代表值它被用作表达波动的指标。然而，该分析的结果是，在含有纳米气泡的液体中的密度波动和热导率之间没有获得具体的定量结果。我们还对液体被视为双原子分子的系统进行了类似的计算，并分析了液体分子内部自由度如何影响成核速率。假设液体分子具有 2 中心 Lennard-Jones 势。结果，在含有纳米气泡的液体中，气液界面处没有太大的温度跃变，但当气相不是以纳米气泡存在而是完全横跨流路时，气液界面处存在较大的温度跃变。很明显，确实存在。