拡張された熱力学で迫る流体力学的ゆらぎの階層構造の解明

本研究は、微細スケールの熱流体現象の記述に向けて、物理量の急激な変化を伴う強い非平衡性と流体力学的なゆらぎを同時に考慮した熱力学理論の構築と展開を「拡張された熱力学（ET）」を基に目指すものである。今年度は、次の研究成果を得た。１．単原子分子希薄気体に対して確立しているETに基づく流体力学的ゆらぎ理論を多原子分子希薄気体や実在気体を含むより広い対象に拡張するための基礎的な検討を行った。特に、実在気体では、分子間ポテンシャルによる内部エネルギーゆらぎ及び圧力ゆらぎが場の時間発展に重要な役割を示すので、これらの量と非平衡エントロピーとの関係をエントロピー原理を通して調べた。２．ETによってゆらぎの階層的構造を調べることも目的の一つである。今年度は、ゆらぎが無い場合において、ETから導出される場の方程式系の低次の階層に含まれるNavier-Stokes-Fourier理論の輸送係数と高次の散逸的物理量の場の方程式との関係を明らかにした。この結果は論文として出版済みである。３．流体力学的なゆらぎが熱・質量輸送に及ぼす影響を定量的に調べるため、単純流路内のゆらぎを伴う流れの解析が本研究課題の一つである。今年度は、ノズル流れに焦点を絞り、ゆらぎを伴う流れの比較対象となる、ゆらぎが無い場合の流れの解析を行った。具体的には、ゆらぎが無い場合にも非平衡性がノズル流れに及ぼす影響の理解はこれまで不十分であったため、ETを用いて準一次元ノズル内流れの数値解析を行った。Euler方程式系による理論予測の結果と比較を行うことで、散逸的物理量の影響を明らかにした。特に、体積粘性率が大きな気体に対しては、流入口の非平衡温度の制御によって流れの状態の制御ができることを明らかにした。非平衡温度の設定によっては、末広ノズルにおいてもチョーク現象が現れることも明らかにした。この結果は論文として出版済みである。

本研究は、微細スケールの熱流体現象の記述に向けて、物理量の急激な変化を伴う強い非平衡性と流体力学的なゆらぎを同時に考慮した熱力学理論の構築と展開を「拡張された熱力学（ET）」を基に目指すものである。今年度は、次の研究成果を得た。１．単原子分子希薄気体に対して確立しているETに基づく流体力学的ゆらぎ理論を多原子分子希薄気体や実在気体を含むより広い対象に拡張するための基礎的な検討を行った。特に、実在気体では、分子間ポテンシャルによる内部エネルギーゆらぎ及び圧力ゆらぎが場の時間発展に重要な役割を示すので、これらの量と非平衡エントロピーとの関係をエントロピー原理を通して調べた。２．ETによってゆらぎの階層的構造を調べることも目的の一つである。今年度は、ゆらぎが無い場合において、ETから導出される場の方程式系の低次の階層に含まれるNavier-Stokes-Fourier理論の輸送係数と高次の散逸的物理量の場の方程式との関係を明らかにした。この結果は論文として出版済みである。３．流体力学的なゆらぎが熱・質量輸送に及ぼす影響を定量的に調べるため、単純流路内のゆらぎを伴う流れの解析が本研究課題の一つである。今年度は、ノズル流れに焦点を絞り、ゆらぎを伴う流れの比較対象となる、ゆらぎが無い場合の流れの解析を行った。具体的には、ゆらぎが無い場合にも非平衡性がノズル流れに及ぼす影響の理解はこれまで不十分であったため、ETを用いて準一次元ノズル内流れの数値解析を行った。Euler方程式系による理論予測の結果と比較を行うことで、散逸的物理量の影響を明らかにした。特に、体積粘性率が大きな気体に対しては、流入口の非平衡温度の制御によって流れの状態の制御ができることを明らかにした。非平衡温度の設定によっては、末広ノズルにおいてもチョーク現象が現れることも明らかにした。この結果は論文として出版済みである。