分子シミュレーションによる流体の相分離ダイナミクスの研究

利用分子模拟研究流体相分离动力学

基本信息

批准号：
08740319
负责人：
山本量一
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08740319/
关键词：
分子シミュレーション相分離せん断

项目摘要

相分雑している流体系に流動が加えられると流体のドメイン構造が流動により大きな変形を受け,ドメイン構造の変化が流体のレオロジーにも影響する.本研究では,相分離している2成分流体に及ぼすせん断流の影響を分子動力学シミュレーションによって調べた。この場合共存する2相を隔てる界面の存在によって,流体力学的な効果が非常に重要となる.現在のところシステムサイズと計算時間の兼ね合いから2次元のLennard-Jones流体を取り扱っている.今回のようなミクロなモデルを用いる最大の利点は,流体力学的な効果が自然に取りこまれることにある.せん断流を与えながら長時間シミュレーションを行ない,まずせん断流下で相分離する流体のドメインの構造について調べた.その結果,引き延ばされたドメインの特徴的な「幅」はせん断に対しおよそ1/3の指数を持って減少することが示された.さらにせん断が相分離の特徴的な成長率より速い「強せん断」の領域ではせん断流下の定常状態でドメインは流れの方向に大きく引き延ばされて,ストリングのように細長くつながることがわかった.このようなドメインのストリング構造は,低レイノルズ数の高分子混合物では観察されていたが,高レイノルズ数の低分子混合物に対しては今回のシミュレーションではじめてその存在が確認された.次にせん断流でのレオロジーについて調べたところ,界面の効果による過剰粘性率は著しい非ニュートン性を示し,せん断に対しおよそ指数1/2で減少するという結果が得られた.

当将流动应用于相形的流体系统上时，由于流动而导致流体的结构域结构会遭受更大的变形，并且域结构的变化也会影响流体流变学。在这项研究中，通过分子动力学模拟研究了剪切流对相位分离的两组分体流体的影响。在这种情况下，由于存在将两个共存阶段分开的界面，因此流体动力学效应非常重要。目前，由于系统大小和计算时间之间的平衡，我们正在处理二维Lennard-Jones流体。使用这样的微型模型的最大优点是，流体动力学效果是自然合并的。我们进行了长时间的剪切流，并首先研究了在剪切流下分离相的流体结构域的结构。结果表明，扩展域的特征“宽度”以大约1/3的剪切指数减小。在“强剪切”的区域中，剪切速度比相分离的特征生长速度快，发现域在剪切流下方的稳态方向上延伸，并像字符串一样伸长。在雷诺数低的聚合物混合物中已经观察到了此类结构域的弦结构，但是在此模拟中，第一次证实了雷诺数高的小分子混合物。接下来，我们研究了剪切流动时的流变学，发现由于界面的效果而引起的过量粘度表现出明显的非牛顿性质，并减少了剪切的剪切率约为1/2。