円管内流れの分子気体力学的研究

圆管内流动的分子气体动力学研究

基本信息

批准号：
21K14076
负责人：
初鳥匡成
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，マイクロ・ナノデバイスや微細構造を有する多孔質体などに代表される微小系内の気体流を考え，とくに円管内の流れを中心に分子気体力学に基づいて調べる．近年の微小系内の高密度気体流の研究の状況をふまえ，本研究もまずここに重点をおくこととした．初年度には，円管内流を調べる準備も兼ねて，平行2平板間の高密度気体流れの調査を開始していた．エンスコグ方程式と気体論的境界条件に基づいた問題の定式化，衝突積分の高速フーリエスペクトル計算法と組み合わせた方程式の空間積分形に基づく反復による数値計算コードの開発，数値データの取得等を行っていた．結果として，平板間の気体の流速および熱流などの巨視量の分布や質量流束，気体分子の速度分布関数を，系の微小さと気体の濃密さの指標である気体分子の平均自由行程および分子直径の平板間隔との比の様々な値に対して得ることができていた．本年度はまずその結果をさらに洗練させた後，国内・国際学会にて発表し，査読付き学術誌へも受理された．また，別途，その派生として非定常の熱伝達問題に関する結果を得ることができ，こちらも査読付きOA誌へ掲載された．本年度は，円管内流れの問題の定式化，計算法および数値計算コードの開発に取り組むとともに，予備的な計算に着手した．定式化と計算法の検討の段階では，（大規模）計算機で実行が可能と見込まれる程度に負荷を減らす工夫が施せた．数値計算コードの開発では，前年度のものを土台にして慎重にかつ効率よく進めることができている．このように，次年度に系統的にデータを取得する準備が整ったといえる．

在这项研究中，我们考虑了微型系统中的气流，例如微结构的微型台化和带有微观结构的多孔物体，并根据分子气体机制研究了圆形管道中的流动。基于最近对微系统中高密度气流的研究，该研究首先关注这一点。第一年，我们开始研究两个平行板之间的高密度气流，以准备检查圆管内的流动。他们基于Enskug方程和气体边界条件制定了问题，使用基于迭代的迭代制定了数值计算代码，该方程的空间积分形式与碰撞积分的快速傅立叶光谱计算方法结合在一起，并获得了数值数据。结果，可以获得宏观量的分布，例如气流速度和板之间的热量流量，质量通量和气体分子的速度分布函数，对于气体分子的平均自由路径之间的各种值，这是系统的显微镜和气体密度和板块间距的板块的指示。今年，结果首先进一步完善，然后在国内和国际会议上进行，并被接受接受同行评审的学术期刊。此外，可以作为衍生品分别获得非平稳传热问题的结果，并且还发表在同行评审的OA杂志上。今年，我们致力于在圆管中制定流动问题，开发计算方法和数值计算代码，并开始初步计算。在配方和计算方法检查阶段，采取了努力以减少负载，以至于有可能在（大型）计算机上执行它。在开发数值计算代码时，我们已经能够仔细而有效地使用上一年的版本作为基础。这样，可以说明年有系统地获取数据的准备工作现已准备就绪。