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

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。

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。