Mechanical and thermodynamic understanding of dynamic wetting through the connection between microscopic and macroscopic mechanics

点击翻译按钮获取中文摘要

マクロスケールの平衡状態の濡れ，すなわち静的濡れにおいては，固体表面上における固気液三相の交線である接触線に対して固気・気液・固液の界面張力がつり合うことで固体面と気液界面の成す角である静的接触角が決定される．一方，接触線が固体面上を動的に移動する動的濡れ現象においては，接触線近傍における固液の摩擦力や液体内部の粘性によりその動的接触角は静的接触角から変化することが知られる．昨年度までの動的接触線近傍における熱流解析により，バルク部では粘性散逸により発熱し，前進接触線でも同様に発熱する一方，後退接触線では直感に反して吸熱，すなわち冷却されていることが明らかになった．本年度は，その動的接触線近傍で誘起される特異な発熱・吸熱現象のメカニズムを明らかにした．具体的には，通常は偏微分で記述されるマクロのエネルギー保存則を，物質微分を用いて書き換えることで，流体の発熱・吸熱現象は応力の仕事だけでなく流跡線に沿った内部エネルギー変化によることが分かり，特に動的接触線近傍においては後者が支配的であることを定量的に示した．本研究で明らかになったナノスケールの熱輸送現象は，既存の動的濡れのモデルには組み込まれてこなかったものであるため，今後の動的濡れのモデルに対して新しい視点を与えるものである．また，ナノスケールにおける物質輸送において重要である固液界面におけるすべりに関する解析も進めており，固液界面の摩擦による散逸に関してミクロスケールとマクロスケールを接続することで，熱的観点からすべり速度を定義する方法を提案した．