多孔質体内の気体輸送特性のマルチスケールにわたる一般的理論の構築

多孔体气体传输特性多尺度通用理论的构建

• 批准号: 16J05489
• 负责人: 川越 吉晃
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05489/
• 关键词: porous media; tortuosity; マイクロ流; DSMC法; 高クヌッセン数流れ; 多孔質

本年度は前年度に行った球形粒子をランダムに重なりを許して配置し模擬された多孔質体とは内部構造が異なる多孔質体に対しても提案した理論式が適用可能であるかを検証した。そこで粒子の重なりを許さない粒子充填層を作成し、粒子充填層内の圧力勾配により誘起される気体流れのDSMCシミュレーションを行い，得られた流量と理論式により見積もられた流量の比較を行った。その結果，多孔質体の内部構造に対応する迷路度を採用することにより理論式が良い見積りを与えることを明らかにした。理論式を用いて適切に流量を見積もるためには、多孔質体の内部構造に対応する迷路度を採用することが重要であり、そのためには迷路度の物理的意味を明らかにすることが必要である。そこで多孔質体の迷路度の物理的意味を分子運動の観点から分析した。前年度提案した理論式では、多孔質体の迷路度は多孔質体の直線距離と多孔質体内部の曲がりくねった流路の長さの比の自乗で定義されている。しかし，高クヌッセン数領域においては，気体分子の移動経路は流線すなわち流管に沿わないため，多孔質体内の流路長さの意味合いが不明瞭である。そこで，まっすぐな円管の中のクヌッセン拡散による分子の挙動と多孔質体内におけるクヌッセン拡散による分子の挙動の比較分析を行った。その結果、円管と多孔質体のそれぞれにおいて一定の直線距離移動するために分子が描く全行程の長さの比が多孔質体内流路の迷路度を表すことを明らかにした。これは多孔質体の内部構造に対応した迷路度を決定する際に重要な知見であり、提案した理論式を完成させるための重要な知見である。

This year, the spherical particles are arranged in different ways, and the theoretical formula is proved to be applicable The particle filling layer is formed, the pressure distribution in the particle filling layer is induced, and the flow rate is compared with the theoretical formula. As a result, the internal structure of the porous body is different. The theoretical formula is applicable to the internal structure of porous materials. The physical implications of the labyrinth of porous materials and the analysis of molecular motion The theoretical formula proposed in the previous year is: the labyrinth of porous body, the linear distance of porous body, and the ratio of the length of flow path in porous body. In the high-density domain, the movement path of molecules in the body is along the flow path, and the meaning of the length of the flow path in the porous body is unclear. Comparative analysis of molecular dynamics in porous media and in porous media As a result, the ratio of the length of the entire stroke of the molecule to the length of the fluid path in the porous body can be expressed as follows: The internal structure of the porous body is determined by the important knowledge of the proposed theoretical formula.

项目成果

Phys.org

物理网

Numerical Study on Gas Flow in Micro-/Nanoscale Porous Media by Direct Simulation Monte Carlo Method

微纳尺度多孔介质中气体流动的直接模拟蒙特卡罗方法数值研究

• 发表时间: 2017
• 作者: Yoshiaki Kawagoe;Shigeru Yonemura
• 通讯作者: Shigeru Yonemura

ナノスケール多孔質体内流れにおける迷路度の数値的検討

纳米级多孔体流动迷宫度的数值研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 川越吉晃;米村茂
• 通讯作者: 米村茂

多孔質体の構造特性が気体輸送に与える影響

多孔介质的结构特性对气体传输的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: 小松伸;川越吉晃;米村茂;Yoshiaki Kawagoe and Shigeru Yonemura;川越吉晃，米村茂;Yoshiaki Kawagoe and Shigeru Yonemura;川越吉晃，米村茂;川越吉晃，米村茂
• 通讯作者: 川越吉晃，米村茂

マイクロ・ナノスケールの粒子充填層における圧力駆動による気体輸送に関する研究

微纳颗粒填充床压力驱动气体传输研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 小松伸;川越吉晃;米村茂
• 通讯作者: 米村茂