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複雑流体における熱交換メカニズムの分子論的解明および高効率熱輸送媒体の設計開発

复杂流体中热交换机制的分子阐明以及高效传热介质的设计和开发

基本信息

批准号：
18J20653
负责人：
小林祐生
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kindai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J20653/
关键词：
複雑流体ナノ流体自己集合分子シミュレーション

项目摘要

昨年度に，プログラム開発・拡張とシミュレーションモデルの作成を完了できていたので，今年度は予定通り，「ナノ流体における熱交換の分子論的なメカニズムの解明」に取り組んだ．まず熱伝導率に関してはナノ粒子分散系を対象とし，粒子表面の化学的性質，粒子濃度を検討パラメータとした．平衡状態のシミュレーションを行い，Green-Kubo法を用いて熱伝導率の算出を試み，ナノ粒子が形成する自己集合構造と熱伝導率の関係性を調べた．その結果，熱伝導率はナノ粒子が形成するクラスターサイズに依存することが分かった．本結果は，投稿論文としてすでに発表されている．粘度の計算に関しては，ドイツのArash Nikoubashman博士と協同研究を行った．添加剤としてナノ粒子を選択し，せん断流れを与えたときのナノ粒子水溶液の粘性挙動と自己集合構造の関係性を調べた．検討パラメータは，ナノ粒子表面の化学的性質（疎水，親水，Janus），形状異方性（球状，球端円柱状），粒子濃度とした．調査の結果，粒子のデザインや粒子体積分率に応じて現れる様々な自己集合構造が現れた．また，せん断速度がある速さを超えたとき，クラスターの破壊とともに，Shear-thinning現象（せん断速度が増すにつれて粘度が低下する）が観察された．さらに興味深いことに，これらの粘性挙動はナノ粒子同士が形成するクラスターの平均会合数によって整理することが可能である一方，クラスターの形状はそれほど影響を及ばさないことが分かった．これらの結果も，投稿論文としてすでに発表されている．このように今年度の目標であった「ナノ流体における熱交換の分子論的なメカニズムの解明」に関して，ナノ粒子が形成する平均クラスターサイズが，熱伝導率及び粘度に対して支配的なパラメータの一つであることを明らかにすることが出来た．

Last year, the development of the fluid flow system was completed, and this year, it is scheduled to be completed,"The molecular theory of heat exchange in fluid flow". The thermal conductivity is related to the particle dispersion system, the chemical properties of the particle surface, and the particle concentration. In the equilibrium state, the Green-Kubo method is used to calculate the thermal conductivity, and the relationship between the particle formation and the thermal conductivity is adjusted. As a result, thermal conductivity is dependent on particle formation. The results of this paper are as follows: 1. Dr. Arash Nikoubashman collaborates on viscosity calculations. The viscosity of aqueous solutions of particles and their aggregate structure are adjusted. The chemical properties of particle surface (water, hydrophilic, Janus), shape anisotropy (spherical, spherical end), particle concentration. As a result of the investigation, the particle size distribution and particle volume fraction were found to be self-assembly structures. Shear-thinning phenomenon (increase in breaking speed and decrease in viscosity) was observed. In addition, the viscosity of the particles is affected by the shape of the particles. The results of this paper are presented in the table below. This year's goal is to solve the problem of molecular theory of heat exchange in fluids. It is related to the formation of particles, the average temperature, the thermal conductivity and the viscosity.