分子動力学法による沸騰核生成過程の研究

気泡核生成は、核沸騰はもとより種々の沸騰・蒸発現象および減圧過程において重要であり、伝熱工学の分野ではこれまで精力的に研究が行われてきている。しかし、どのようにして気泡核が生成され、成長するのかなど、気泡核生成の初期過程に関しては十分には明らかにされていない。そこで、本研究では気泡核生成の素過程を定性的に明らかにすることを目的として、分子動力学法による気泡核生成過程のシミュレーション実験を行い、このような現象を取り扱う場合の計算対象とする分子数や基本セルの大きさの検討、さらには圧力一定と言う条件を課すことの妥当性について検討した。計算においては単原子分子で構成される2次元の均質な液体を考え、この平衡状態にある液体の一部にある時刻に瞬間的にエネルギーを与えることにより気泡核が形成される過程を考えた。その結果以下の結論を得た。1.気泡核生成現象のように短時間の間に急激な体積変化を伴う相変化をシミュレーションする場合においては、圧力一定の条件を課すことは妥当ではない。2.このような現象のシミュレーションにおいては対象とする分子数が数百から数千程度では十分ではなく、圧力を制御することが妥当でないことを考慮すると、計算対象とする分子数や基本セルの大きさが本質的に重要な要素であることがわかった。これらの点を改善して現在さらに大規模な数値シミュレーションを進行しているところである。

気泡核生成は、核沸騰はもとより種々の沸騰・蒸発現象および減圧過程において重要であり、伝熱工学の分野ではこれまで精力的に研究が行われてきている。しかし、どのようにして気泡核が生成され、成長するのかなど、気泡核生成の初期過程に関しては十分には明らかにされていない。そこで、本研究では気泡核生成の素過程を定性的に明らかにすることを目的として、分子動力学法による気泡核生成過程のシミュレーション実験を行い、このような現象を取り扱う場合の計算対象とする分子数や基本セルの大きさの検討、さらには圧力一定と言う条件を課すことの妥当性について検討した。計算においては単原子分子で構成される2次元の均質な液体を考え、この平衡状態にある液体の一部にある時刻に瞬間的にエネルギーを与えることにより気泡核が形成される過程を考えた。その結果以下の結論を得た。1.気泡核生成現象のように短時間の間に急激な体積変化を伴う相変化をシミュレーションする場合においては、圧力一定の条件を課すことは妥当ではない。2.このような現象のシミュレーションにおいては対象とする分子数が数百から数千程度では十分ではなく、圧力を制御することが妥当でないことを考慮すると、計算対象とする分子数や基本セルの大きさが本質的に重要な要素であることがわかった。これらの点を改善して現在さらに大規模な数値シミュレーションを進行しているところである。