拡張された熱力学で迫る流体力学的ゆらぎの階層構造の解明

用扩展热力学阐明流体动力学涨落的层次结构

基本信息

批准号：
22K03912
负责人：
有馬隆司
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tomakomai National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、微細スケールの熱流体現象の記述に向けて、物理量の急激な変化を伴う強い非平衡性と流体力学的なゆらぎを同時に考慮した熱力学理論の構築と展開を「拡張された熱力学（ET）」を基に目指すものである。今年度は、次の研究成果を得た。１．単原子分子希薄気体に対して確立しているETに基づく流体力学的ゆらぎ理論を多原子分子希薄気体や実在気体を含むより広い対象に拡張するための基礎的な検討を行った。特に、実在気体では、分子間ポテンシャルによる内部エネルギーゆらぎ及び圧力ゆらぎが場の時間発展に重要な役割を示すので、これらの量と非平衡エントロピーとの関係をエントロピー原理を通して調べた。２．ETによってゆらぎの階層的構造を調べることも目的の一つである。今年度は、ゆらぎが無い場合において、ETから導出される場の方程式系の低次の階層に含まれるNavier-Stokes-Fourier理論の輸送係数と高次の散逸的物理量の場の方程式との関係を明らかにした。この結果は論文として出版済みである。３．流体力学的なゆらぎが熱・質量輸送に及ぼす影響を定量的に調べるため、単純流路内のゆらぎを伴う流れの解析が本研究課題の一つである。今年度は、ノズル流れに焦点を絞り、ゆらぎを伴う流れの比較対象となる、ゆらぎが無い場合の流れの解析を行った。具体的には、ゆらぎが無い場合にも非平衡性がノズル流れに及ぼす影響の理解はこれまで不十分であったため、ETを用いて準一次元ノズル内流れの数値解析を行った。Euler方程式系による理論予測の結果と比較を行うことで、散逸的物理量の影響を明らかにした。特に、体積粘性率が大きな気体に対しては、流入口の非平衡温度の制御によって流れの状態の制御ができることを明らかにした。非平衡温度の設定によっては、末広ノズルにおいてもチョーク現象が現れることも明らかにした。この結果は論文として出版済みである。

在这项研究中，我们的目标是构建和发展一种热力学理论，同时考虑强烈的非平衡和流体动力学波动，其中涉及物理量的快速变化，以描述精细尺度的热流体现象。力学（ET）”。今年，我们取得了以下研究成果。 1.我们进行了一项基础研究，将基于 ET 的流体动力涨落理论扩展到更广泛的对象，包括具有多原子分子的稀气体和真实气体，该理论是针对稀单原子分子的气体建立的。特别是在实际气体中，由于分子间势和压力波动引起的内部能量波动在场的时间演化中起着重要作用，因此我们利用熵原理研究了这些量与非平衡熵之间的关系。 2.目的之一是使用 ET 研究波动的层次结构。今年，我们将重点研究由ET导出的场方程系统低阶层次中包含的Navier-Stokes-Fourier理论的输运系数与案例中高阶耗散物理量的场方程之间的关系没有透露任何波动。结果已作为论文发表。 3.为了定量研究水动力波动对热量和质量传递的影响，本研究的任务之一是分析简单通道中波动的流动。今年我们重点关注喷嘴流量，分析无波动的流量，这是有波动流量的对比目标。具体来说，由于即使在没有波动的情况下非平衡对喷嘴流动的影响尚未完全了解，我们使用ET对准一维喷嘴流动进行数值分析。通过使用欧拉方程组将结果与理论预测进行比较，阐明了耗散物理量的影响。特别是对于体积粘度较大的气体，我们明确了可以通过控制入口处的非平衡温度来控制流动状态。还发现，根据非平衡温度设置，即使在大扩散喷嘴中也会出现阻塞现象。结果已作为论文发表。