ナノバブル混入液体のミクロ・マクロ特性に関する分子動力学的解析

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液体中に気泡(ナノバブル)を安定して存在させ、その気泡混入状態の液体のミクロ、マクロ特性を分子動力学法により解析した。平成15年度は分子動力学法により気泡が安定して存在する計算系の設定を行った。その結果、液体中の温度を制御して熱伝導率を計算する手法では温度制御領域に気泡ができてしまい、正しく計算が行われないことが明らかとなった。この結果を踏まえて平成16年度は液体の両端に固体壁を設け、固体壁の温度を制御する事で熱伝導率の計算を行うようにした。またこのようにして得られた値とGreen-Kuboの公式などで得られた値との比較を行った。また液体中の密度揺らぎを定量化して熱伝導率との因果関係を求める解析も行った。密度揺らぎはある条件下における単相液体状態の分子動力学計算を行い,その計算領域をいくつかの小さなセルに分割してそのセルがある密度を取る確率分布を求め,その代表値を密度揺らぎを表す指標として用いた。しかしながらこの解析の結果、ナノバブル混入液体中の密度揺らぎと熱伝導率との間には特に定量的な知見は得られなかった。また液体を二原子分子として取り扱った系の計算を同様にして行い,液体分子が内部自由度を持つことによって核生成速度にどのような影響が生じるかを解析した。液体分子は2Center Lennard-Jonesポテンシャルを仮定した。その結果、ナノバブル混入液体中の気液界面にはあまり温度ジャンプがみられなかったが、気相がナノバブルとしてではなく完全に流路を横切るようにして存在する径では気液界面に大きな温度ジャンプが存在することが明らかとなった。