衝撃波を利用した蒸気の分子論的凝縮機構に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は蒸気凝縮のメカニズムを分子レベルで扱う実験的・理論的方法を提案したものである。実験では、蒸気で満たされた衝撃波管内での衝撃波な反射領域、衝撃波管管端表面上に形成された凝縮液膜の成長過程を扱った。また、理論では、気体力学方程式の数値解析および化学反応論に基ずく凝縮理論の構築を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。1.適切な実験条件を選べば、衝撃波の反射領域、衝撃波管管端表面上に一様な液膜を作ることができ、液膜成長の時間変化を測定し、これを気体力学の理論解析と比較することにより、蒸気分子の液体表面での付着確率を求めることができる。気体力学の理論解析では一次元ナビエ・スト-クス方程式の摂動法展開および二次元ナビエ・スト-クス方程式の数値流体力学解析を行った。2.本研究では、水蒸気、四塩化炭素蒸気、メタノ-ル蒸気、エタノ-ル蒸気を対象として、これら蒸気の付着確率を求めて次のような値を得た。水蒸気0.35、四塩化炭素蒸気0.64、メタノ-ル蒸気0.16、エタノ-ル蒸気0.18.3.これらの測定値は化学反応論に基ずく凝縮理論により説明することができ、結局、付着確率は分子の気体および液体(正確には液体表面)状態の内部運動(特に回転運動)に関係していることが明らかになった。以上の研究を通して、蒸気凝縮のメカニズムを分子レベルで明らかにすることができた。