ナノ多孔体内部における水の相変化及び輸送に関する量子分子論的研究

纳米多孔材料内水的相变和输运的量子分子研究

• 批准号: 12J08214
• 负责人: 福島 啓悟
• 金额: $ 2.32万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology (2014)Tohoku University (2012-2013)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J08214/
• 关键词: 流体力学; 分子動力学; 微細流路; 液滴; Laplace圧; 微細孔; 表面張力

本年度は昨年度に行った，微細液滴-壁面間に働く摩擦力の中で気液界面から遠い領域に働く摩擦力の流路幅依存性に関する研究の論文を執筆した．また，新規の研究としてフランスのINSA-LYONの研究室にて，固体壁面と液滴の間に作用する剪断応力に関する研究を行った．本研究では微細な空間に生じた液滴が輸送する運動量が，壁面の濡れ性などによってどのように変化するのかを明らかにし，液滴の運動量輸送に関する基礎的な知見を得ることを目的とした．nmオーダーの流路内に生じた液滴の剪断を考え，液滴-固体壁面間に働く剪断応力の大きさを解析し，濡れ性や剪断方向に対してどのように変化するのかを明らかにした．これらの研究により，燃料電池といった液滴の輸送が非常に重要なデバイスにおける物質輸送現象の解明するための基礎的な知見を得る事ができた．具体的な研究成果は以下の2つである．1. 液滴-壁面のNavierの摩擦係数が流路幅に依存し，流路幅が小さくなると摩擦係数が大きくなるという関係が得られた．また，その原因が数10MPaオーダーのLaplace圧力によるものであることを明らかにした．また，昨年度に明らかになった流路幅とLaplace圧との関係式を用いてNavierの摩擦係数を補正しする事で，MDの計算結果と流体力学に基づく式から予測される応力が一致す事を明らかにした．2. 液滴の剪断方向が気液界面に平行な場合と垂直な場合とで生じる摩擦力を評価し，2つの場合で生じる摩擦力がほぼ同じであることを明らかにした．一方，2つの場合で液滴内部に生じている剪断応力が大きく異なっており，生じている速度分布が大きく異なっているためであることを明らかにした．これらの研究により，微細流路内における液滴-固体壁面間に働く摩擦力に関する基礎的な知見を得ることができた．

This year, we conducted a series of experiments in the field of liquid droplet-wall friction in the field of microdroplet-wall friction and the amplitude dependence of friction flow. This year, we conducted a comprehensive study on the amplitude dependence of friction flow path in the field of liquid droplet-wall friction in the field of microdroplet-wall friction. The study on the effect of liquid droplets on the solid wall, the effect of shear force on the solid wall, the effect of liquid droplet on solid wall, the effect of liquid droplet on solid wall. The knowledge of the liquid droplet volume transfer temperature base is very important. The study on the shearing of liquid droplets in the flow path of liquid droplets, the analysis of the shear force between droplets and solid walls, and the analysis of the shear force between droplets and solid walls. in the direction of wearable shear, it is necessary to understand the effect of temperature and temperature on the flow path of nm. It is very important to send liquid droplets in the fuel cell. It is very important to understand the basic information of the fuel cell. Specific research results are as follows: 1. Droplet-wall "Navier" friction number "flow path amplitude dependence", flow path amplitude "small" friction "number" large "" Navier "friction" number "," cause "" 10MPa "Laplace" force "," flow "Laplace" the number of friction "Navier" friction "number" MD calculation results show that the basic formula of fluid mechanics is consistent with each other. 2. The droplet shearing direction, liquid interface, parallel, closing, vertical closing, friction, friction and friction. The speed distribution of raw materials is different. The speed distribution of the liquid droplets in the micro-flow path and the friction force between the solid walls and the liquid droplets in the micro-flow path are known to be sensitive.

项目成果

Molecular Dynamics Study for The Dependence of Friction Coefficient Between Droplet and Solid Wall on Channel Size

液滴与固体壁之间的摩擦系数对通道尺寸依赖性的分子动力学研究

• 发表时间: 2013
• 作者: Akinori Fukushima;Toshiki Mima;Ikuya Kinefuchi;Takashi Tokumasu
• 通讯作者: Takashi Tokumasu

微細液滴-固体壁面間に働く摩擦 力の流路幅依存性に関する分子 論的研究

细小液滴与固体壁之间摩擦力对通道宽度依赖性的分子研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Akinori Fukushima;Toshiki Mima;Ikuya Kinefuchi;Takashi Tokumasu;Akinori Fukushima;福島啓悟,美馬俊喜,杵淵郁也,徳増崇
• 通讯作者: 福島啓悟,美馬俊喜,杵淵郁也,徳増崇

液滴-壁面間に働く摩擦力の流路幅依存性に関す る分子論的研究

液滴与壁面摩擦力通道宽度依赖性的分子研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Akinori Fukushima;Nicolas Fillot;Marie-Hélène Meurisse;Takashi Tokumasu;Philippe Vergne;福島啓悟,美馬俊喜,杵淵郁也,徳増崇;福島啓悟,美馬俊喜,杵淵郁也,徳増崇
• 通讯作者: 福島啓悟,美馬俊喜,杵淵郁也,徳増崇

Molecular Dynamics Study of the Droplet Shearing by Solid Walls

固体壁液滴剪切的分子动力学研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Akinori Fukushima;Nicolas Fillot;Marie-Hélène Meurisse;Takashi Tokumasu;Philippe Vergne
• 通讯作者: Philippe Vergne

The channel size dependence of the friction coefficient between the water droplet and the solid wall

水滴与固体壁之间的摩擦系数与通道尺寸的关系

• 发表时间: 2013
• 作者: Akinori Fukushima;Toshiki Mima;Ikuya Kinefuchi;Takashi Tokumasu
• 通讯作者: Takashi Tokumasu