ナノバブルの生成と消滅機構の分子動力学的研究

纳米气泡产生和消亡机理的分子动力学研究

• 批准号: 16656074
• 负责人: 鶴田 隆治
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656074/
• 关键词: ナノバブル; 分子動力学シミュレーション; 計算物理; マイクロ・ナノデバイス; 界面エネルギー; 表面・界面物性; 熱工学; 流体工学; 3相界面; 濡れ性; Young-Laplace式; 界面構造; 核生成理論; 接触角度

物理現象の素過程を解明するに有効な解析ツールである分子動力学シミュレーションを用いて,準平衡状態にある単純分子アルゴンおよび多原子分子水のナノバブルの生成と消滅機構について検討した.まず,三次元計算系に対する分子動力学シミュレーションによりナノバブルを発生させ,その界面構造を観察するとともにYoung-Laplaceの式の適応について検討をした.その結果,Young-Laplaceの式ならびに古典的核生成理論はナノバブルへの適応は妥当ではないことが分かった.次いで,ナノバブルが存在できる気液界面の力学平衡条件を探るために,周囲流体,特に液体側の界面構造に着目し,気泡の生成過程または平衡状態において,気液界面における界面構造と圧力・温度挙動を解析した.また,極座標解析を行い,ナノバブルの半径方向における気泡周りの数密度分布と力分布を求めた.さらには,強制的に外圧を加えた際のナノバブルの消滅過程を調べた.以上の解析結果より,ナノバブルの気液界面層において,分子が平衡状態よりも周期的に変化する大きな力を受け,気泡界面層の位置の遷移とともに界面層近傍の構造が気泡挙動と強く関連していることが分かった.すなわち,気泡外部の液体分子からの分子間力によって気液界面をつくるためのエネルギーが供給され,球形の気泡界面が形成・維持されていると考えられる.また,水分子においては,ナノバブルの界面は配向により負に帯電することを見出した.

The molecular dynamics system is applied to the solution of physical phenomena, and the quasi-equilibrium state is investigated by the generation and destruction mechanism of pure molecules and polyatomic molecular water. In this paper, three-dimensional calculation system for molecular dynamics system development, the interface structure and Young-Laplace equation are discussed. As a result, Young-Laplace's formula is correct for classical nuclear generation theory. Second, the mechanical equilibrium conditions of gas-liquid interface are explored, and the interfacial structure of peripheral fluid, especially the liquid side, is observed. The formation process of gas bubbles and the equilibrium state are analyzed. In addition, by performing polar coordinate analysis, the number density distribution and force distribution around the bubble in the radial direction of Naobaru are calculated. In addition, the external pressure of coercion is increased, and the elimination process of the virus is regulated. The above analysis results show that the molecular equilibrium state of the gas liquid interface layer is changed by the large force, the position of the gas bubble interface layer is shifted, and the structure near the interface layer is strongly related to the gas bubble movement. The intermolecular forces between the molecules of the liquid outside the bubble form and maintain the spherical bubble interface. The water molecules are in the middle, and the interface of the water molecules is aligned.

项目成果

ナノバブルの界面構造の分子動力学解析

纳米气泡界面结构的分子动力学分析

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第42回日本伝熱シンポジウム講演論文集 I
• 作者: 鶴田隆治;長山暁子;小草和道
• 通讯作者: 小草和道

ナノ流動に伴う気泡生成機構の分子動力学シミュレーション

纳米流气泡产生机制的分子动力学模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Vol.3
• 作者: 長山暁子;鶴田隆治
• 通讯作者: 鶴田隆治

A Molecular Dynamics Study on Interface Force Balance of Nanobubblle

纳米气泡界面力平衡的分子动力学研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the Fourth International Conference on Computational Heat and Mass Transfer (発表予定)
• 作者: Gyoko Nagayama;Takaharu Tsuruta;Kazumichi Ogusa
• 通讯作者: Kazumichi Ogusa

ナノバブルの生成と圧力挙動に関する分子動力学的研究

纳米气泡产生和压力行为的分子动力学研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第17回計算力学講演会講演論文集
• 作者: 小草和道;鶴田隆治;長山暁子
• 通讯作者: 長山暁子

A Molecular Dynamics Study on Interface Force Balance of Nanobubble

纳米气泡界面力平衡的分子动力学研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the 4th International Conference on Computational Heat and Mass Transfer
• 作者: Gyoko Nagayama;Takaharu Tsuruta;Kazumichi Ogusa
• 通讯作者: Kazumichi Ogusa