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壁面での気体-固体分子干渉解析に基づくマイクロ・ナノチャネル内熱流動現象の解明

基于壁面气固分子干涉分析阐明微纳通道内热流现象

基本信息

批准号：
05J03563
负责人：
武内秀樹
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロ・ナノチャネル内における気体の熱流動は,固体表面や界面での気体分子の反射状態に直接影響されることから,チャネル内熱流動特性の正確な把握には,各々の分子の種類に応じた気体と固体の分子干渉を含む分子論的な流体解析が必要である.そこで,本研究では,固体表面の性状や気体の種類により,固体表面における気体分子の適応係数,気体分子反射特性,固体に働く応力,表面に伝わる熱流がどのように変わり,また,それに伴う熱流動特性への影響を明らかにすることを目的とし,気体の運動解析に対してはDSMC法を,気体-固体分子干渉には分子動力学法を用いて調べた.固体表面として白金,気体分子として単原子分子のアルゴン,および,二原子分子の窒素を取り,表面性状としては,清浄な場合と表面に異分子(キセノンあるいは水分子)が物理吸着している場合を取り扱っている.クヌーセン数が0.2と1.0における二平板間のクエット流れと上下平板間に温度差のある問題を解析し,次のような結果を得た.窒素分子に対するエネルギー適応係数の値が対応する実験値とその傾向がよく一致しており,また,並進エネルギー適応係数が回転エネルギー適応係数よりも大きくなるという実験的結果と同様の傾向が見られた.また,壁において反射される気体分子のもつ分子速度分布関数,および,回転エネルギー分布関数について調べたところ,壁面にふさわしい適応係数を取るときにマックスウェル型の反射境界条件によって記述されることが示された.さらに,アルゴン気体と水分子吸着白金表面との接線方向適応係数を求め,吸着分子数の適応係数に及ぼす影響を定量的に明らかにした.とくに清浄な表面に比べて吸着分子表面の熱流動への影響が大きいことを確認した.さらにまた非経験的分子間ポテンシャルを構築し,同様の解析に拡張できるよう進めている.

The heat flow of the gas in the solid is directly affected by the reflection state of the gas molecules on the surface and interface of the solid. The correct understanding of the heat flow characteristics of the gas in the solid is necessary for the analysis of the molecular type of the gas and the molecular dry of the solid. In this study, the properties of solid surfaces are related to the type of solid, the fitness coefficient of solid molecules on solid surfaces, the reflection characteristics of solid molecules, the force of solid particles on solid surfaces, the heat flow on surfaces, and the influence of heat on the flow characteristics of solid particles. Molecular dynamics method is used to adjust the molecular structure of solid molecules. Solid surface platinum, solid molecules, single atom molecules, double atom molecules, surface properties, surface impurities, physical adsorption. The temperature difference between the upper and lower plates was analyzed and the results were obtained. The value of the coefficient of fitness of the molecule is equal to the value of the coefficient of fitness of the molecule. In addition, the velocity distribution coefficient of the molecules in the gas body reflected by the wall is very important. However, the velocity distribution coefficient of the molecules in the wall surface is very important. The reflection boundary conditions of the Makkasusil type are described and described. In this paper, the absorption coefficient of platinum surface and the connection direction of water molecules are calculated, and the absorption coefficient of molecular number and the influence of water molecules are quantified. It is confirmed that the influence of heat flow on the surface of the molecule is greater than that on the surface of the molecule. In addition, the molecular structure of non-organic molecules is constructed, and the molecular structure of the same molecule is analyzed.