凝縮における逆温度こう配現象の分子動力学法による検証

用分子动力学方法验证冷凝过程中的逆温度梯度现象

• 批准号: 08650267
• 负责人: 鶴田 隆治
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650267/
• 关键词: 凝縮; 逆温度こう配; 気液界面; 分子動力学; モンテカルロ法; 凝縮係数; 蒸発係数; 速度分布

低温の凝縮面に近づくにつれて蒸気温度が高くなり,気液界面で大きな温度ジャンプを伴って液面温度に至るという"逆温度こう配現象"を,気液界面における分子境界条件の妥当性を調べることにより,実際の物理現象として正しいものであるかどうかの検証を行った。まず,分子動力学法を用いてアルゴン分子からなる気液界面を形成し,界面方向に入射する分子の凝縮確率と界面を離れる蒸発分子と反射分子の速度分布を計測した。これにより,凝縮確率は入射分子の界面鉛直方向の運動エネルギーの関数であり,平衡系の蒸発係数も分子の界面鉛直方向の運動エネルギーの関数となり,蒸発分子と反射分子の速度分布が,蒸発係数を重み関数としてMaxwell分布を修正することによって表現できることが示された。次に,得られた情報を気液界面における凝縮と反射,ならびに蒸発分子に関する分子境界条件として利用し,直接シミュレーションモンテカルロ法を用いた凝縮流れの解析を行った。逆温度こう配に関する従来の研究では,凝縮係数を全ての速度領域に対して1とした研究が中心であり,この場合に顕著な逆温度こう配となることが本研究でも観察されている。しかし,新しい境界条件を適用すると逆温度こう配とはならず,凝縮面に向かって緩やかに温度が低下することが確認された。また,この理由として,凝縮係数の速度依存性を考慮すると反射分子が界面近傍での速度分布の定速側に寄与するが,凝縮係数を1とした完全凝縮の場合には反射分子がないため定速の分子が減り,逆にエネルギーの高い高速の分子が多くなって逆温度こう配となることがわかった。実際の物質の凝縮係数は全ての速度領域において1であるとは考えにくいため,逆温度こう配現象は仮説に基づいた現象であるものと判定される。

Low temperature condensation surface close to the vapor temperature is high, the gas-liquid interface temperature is high, the liquid surface temperature is high, the "inverse temperature matching phenomenon" is high, the gas-liquid interface molecular boundary conditions are appropriate, the physical phenomenon is correct, the phenomenon is proved. The molecular dynamics method is used to measure the formation of the liquid interface, the accuracy of the condensation of the incident molecules, the velocity distribution of the evaporated molecules and the reflected molecules at the interface. In this paper, the condensation accuracy is related to the vertical motion of the incident molecule at the interface, the evaporation coefficient of the equilibrium system is related to the vertical motion of the molecule at the interface, the velocity distribution of the evaporated molecule and the reflected molecule is related to the Maxwell distribution, and the evaporation coefficient is related to the Maxwell distribution. Second, get information on the liquid interface condensation, reflection, evaporation of molecules related to the molecular boundary conditions, and use the direct condensation method to analyze the flow The inverse temperature distribution has been studied in the past, and the condensation coefficient has been investigated in the whole velocity field. The new boundary conditions apply, and the condensation surface decreases. For this reason, the velocity dependence of the condensation coefficient is considered. For reflection molecules, the velocity distribution near the interface is on the constant velocity side. For complete condensation, the condensation coefficient is 1. For reflection molecules, the constant velocity molecule is reduced. For high and high velocity molecules, the inverse temperature is adjusted. In reality, the condensation coefficient of matter is completely determined in the velocity field, and the inverse temperature phenomenon is determined in the basic phenomenon.

项目成果

鶴田隆治: "気液界面の分子境界条件と非平衡物質伝達" 第34回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 3. (1997)

Ryuji Tsuruta：“气液界面的分子边界条件和非平衡传质”第 34 届日本传热研讨会论文集 3。（1997 年）。

鶴田隆治: "凝縮における逆温度こう配現象の検証(分子動力学法による境界条件の適用)" 第74期日本機械学会通常総会講演論文集. 1. (1997)

Ryuji Tsuruta：“凝结中逆温度梯度现象的验证（使用分子动力学方法应用边界条件）”日本机械工程师学会第 74 届年会论文集 1。（1997 年）。

鶴田隆治: "Condensation Coefficient and Interphase Mass Transfer" Proc.of Int,Center for Heat and Mass Transf. (ICHMT) Symp.on Molecular and Mocroscale Heat Transfer in Materials Processing and Other Applications. 1. 243-254 (1996)

Ryuji Tsuruta：《材料加工和其他应用中的分子和宏观传热》国际传热中心 (ICHMT) 的“冷凝系数和相间传质”。