気液平衡状態近傍での蒸気の質量・運動量・エネルギー輸送に関する分子気体力学解析

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Boltzmann方程式の気液界面における境界条件には蒸発係数および凝縮係数と呼ばれる0以上1以下の無次元パラメータが含まれている.工学上重要である気液界面を通過する質量・運動量・エネルギーの正確な値を知るためには,これらのパラメータの正確な実験値が必要となる.蒸発係数および凝縮係数の定義からそれらは気液平衡状態において等しくなるため,気液平衡状態からのずれが小さい問題を扱うことにより,2つのパラメータをひとつに仮定できる.そこで,本研究では蒸発係数測定の方法論の構築を目的とし,気液界面で弱い蒸発・凝縮をともなう共鳴音波を取り扱う.本年度は,(1)音源と気液界面で挟まれた空間の多原子分子気体中に励起される共鳴音波に対して,多原子分子気体に適用可能なGaussian-BGK Boltzmann方程式に基づいた漸近解析を行い,流体力学的方程式系および蒸発係数の値が1に比べて十分小さい場合の流体力学的方程式系に対する境界条件を導出した.(2)気液界面近傍の非平衡領域を詳細に調べることにより,流体力学的方程式系に対する境界条件に含まれるすべりの係数の値を水,メタノールについて求めた.(3)蒸発係数のオーダーが1に比べて十分小さい場合,共鳴音波の振る舞いは蒸発係数をパラメータとして含む非線形微分積分方程式によって支配されることを明らかにした.(4)共鳴音波の振幅が蒸発係数の値に依存することを利用して,蒸発係数測定の方法論の提案を行った.