低圧気体におけるカオス的流れの研究

低压气体混沌流动研究

• 批准号: 12750138
• 负责人: 杉元 宏
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750138/
• 关键词: 分子気体力学; ボルツマン方程式; 分岐; 安定性; テイラー・クエット流; 蒸発・凝縮; 熱遷移流; 真空ポンプ

1.蒸発・凝縮を伴うテイラー・クエット問題の数値解析:よく知られたテイラー・クエット問題において,流体が蒸気であり,円筒表面において蒸発・凝縮を伴う場合の解析を行った.蒸気の場合の特徴は,申請者の前回の研究によれば,蒸気の希薄度が小さい場合,軸方向一様の単なるクエット流にも分岐が生じることである.今回は軸方向一様の仮定を取り除き,ボルツマン方程式に基づくDSMC法による数値解析によって,分岐した各々の流れの安定性を調べた.その結果,軸方向一様の流れは(蒸発・凝縮量が大きければ)安定に存在するが,この流れとは別に,渦を含む軸方向に非一様な流れも安定に存在し,同一の条件の下で複数の流れが安定に存在し得ることが示された.また,希薄度が大きく,軸方向一様流に分岐が無い場合にも渦型の流れは存在し,安定であった.この研究では,分岐が存在する状況設定の下で,精度が不十分な数値計算を行うと,虚偽の非定常・非周期的な流れが得られる様子も示された.このことから,カオス的流れのDSMC法による取扱いには非常な注意が必要だと考えられる.2.分子流効果を用いたポンプの開発への応用:近年,分子流効果(熱遷移流)を利用した,非機械式ポンプが注目されている.このポンプの性能解析には,複雑な形の領域に在る気体の振舞を調べなければならない.上の解析で開発した計算方法の適用により,この非機械式ポンプの性能を調べた.3.分子流効果を用いたポンプの試作:2と平行して,単純な構成のポンプを提案し,その動作原理を実験で示した.この成果を受けて,2の解析結果を用いた真空ポンプの試作を行い,ポンプの到達圧力や排気速度の測定に成功した.現在,これらの結果を利用して,実用的な真空ポンプの製作を進めている.

1. The steam condensation 発 · を with う テ イ ラ ー · ク エ ッ ト problem の the numerical analytic: よ く know ら れ た テ イ ラ ー · ク エ ッ ト problem に お い て, fluid が steamed 気 で あ り, has drifted back towards &yen; tube surface に お い て steam condensation 発 · を line with analytical を う occasions の っ た. Steamed 気 の の occasions, 徴 は, applicants before の back の research に よ れ ば, steamed 気 の degree and thin small が さ い occasions, a others in axis direction の 単 な る ク エ ッ ト flow に も branching が raw じ る こ と で あ る. Today は axis back others の 仮 を take り except き, ボ ル ツ マ ン equation に base づ く DSMC method に よ る the numerical analytical に よ っ て, branching し た each 々 の flow れ の stability を adjustable べ た. そ の as a result, the axial direction of a others の flow れ は (steamed 発 coagulation drop-off が big き け れ ば) settle に exist す る が, こ れ の flow と は don't に, vortex を containing む に than one axis direction Others な flow れ も し settle に exist, under the same conditions の の で plural の flow れ が settle に presence of し る こ と が shown さ れ た. ま た, degree and thin が big き く, axis flow に others in branching が no い occasions に も type vortex flow の れ し は existence, stability で あ っ た. こ の research で は, gaps exist が す sets る の で, precision が not quite な を the numerical calculation Line う と, false の unsteady flow of aperiodic な れ が have ら れ る others child も shown さ れ た. こ の こ と か ら, カ オ ス flow れ の DSMC method に よ る take Cha い に は very な note が necessary だ と exam え ら れ る. 2. Molecular flow working fruit を with い た ポ ン プ の open 発 へ の 応 use: in recent years, molecular flow working fruit (heat transfer flow) を using し た, non mechanical ポ ン プ が attention さ れ て い る. こ の ポ ン プ の performance analytical に は, complex 雑 な form に の field in る 気 body vibration の dance を adjustable べ な け れ ば な ら な い. The above <s:1> analysis で development た calculation method <e:1> is applicable to によ, <s:1> <s:1> non-mechanical ポ <e:1> プ プ performance を tuning べた.3. Molecular flow working fruit を with い た ポ ン プ の attempt: 2 と parallel し て, 単 pure な constitute の ポ ン プ を proposal し, そ の movement theory を be 験 で shown し た. こ を の achievements by け て, 2 の analytical results を い た vacuum ポ ン プ の attempt を い, ポ ン プ の reach pressure や row 気 assay の に successful し た. Now, こ れ ら の results を し て, be use な vacuum ポ ン プ の making を into め て い る.

项目成果

Yoshio Sone: "Experiment on a one-way flow of a rarefied gas through a straight circular pipe without average temperature and pressure gradients"Rarefied Gas Dynamics, AIP conference proceedings. Vol. 585. 948-955 (2001)

Yoshio Sone：“在没有平均温度和压力梯度的情况下，稀薄气体通过直圆管的单向流动的实验”稀薄气体动力学，AIP 会议记录。

Yoshio Sone: "Knudsen Compressor"真空. 45・3(印刷中). (2002)

Yoshio Sone：“Knudsen 压缩机”真空45・3（印刷中）。

Yoshio Sone: "Bifurcation studies of flows of a gas between rotating coaxial circular cylinders with evaporation and condensation by the Boltzmann system"Transport Theory and Statistical Physics. (印刷中). (2002)

Yoshio Sone：“利用玻尔兹曼系统进行蒸发和冷凝的旋转同轴圆柱体之间的气体流动的分叉研究”传输理论和统计物理（2002 年出版）。