Development of mathematical model of thermo-fluid phenomena in microchannel with stochastic connections using determinism and probability theory

マイクロ流路内の確率論の事象を伴う現象における局所と全体の特性評価と，その数理モデル開発として，確率連結を有するマイクロ流路内での粒子流れと沸騰現象の計測に向けた実験系の構築と測定を開始した．さらに現象を一元的に表すサーマルコンパクトモデルとしての数理モデルの検証を行うため，流動・伝熱・粒子運動を計算する数値解析プログラムの開発を行った．マイクロ流路では確率現象を簡略化し，可視化できるように周期的な構造を持つ格子状流路を製作した．格子状流路での粒子流れと粒子による流路閉塞，および壁面加熱による沸騰現象の可視化計測と圧力損失測定を行った．数値解析では流路の局所の閉塞および沸騰は確率論の事象として適用する一方，決定論的要素として流路閉塞による流れの変化を解き，それに基づく各箇所の粒子充填・沸騰の発生確率を変化させたモデルを開発した．これにより決定論と確率論に基づく現象の連成解析が可能となる．これらの実験と数値解析による結果は，従来の多孔質体や流路での粒子充填に基づく（ランダム事象に基づく）流動・圧力損失に関する数理モデルを用いて計算した場合と比較した．その結果，充填初期では両者の大きな違いは見られないが，時間の経過とともに充填領域の形状と拡大の特性が両者で大きく異なり，それに合わせて圧力損失の増加率で乖離が見られ，決定論を考慮した場合の方が流路閉塞に要する時間が短くなり，圧力損失の増加率が顕著に増大した．これは実験でも類似する傾向が見られ，決定論的特性を考慮した数理モデルの開発の必要性を明らかにした．これらの成果は国内会議で発表し，さらに2022年度では国際会議と国内会議で発表する．

マイクロ流路内の確率論の事象を伴う現象における局所と全体の特性評価と，その数理モデル開発として，確率連結を有するマイクロ流路内での粒子流れと沸騰現象の計測に向けた実験系の構築と測定を開始した．さらに現象を一元的に表すサーマルコンパクトモデルとしての数理モデルの検証を行うため，流動・伝熱・粒子運動を計算する数値解析プログラムの開発を行った．マイクロ流路では確率現象を簡略化し，可視化できるように周期的な構造を持つ格子状流路を製作した．格子状流路での粒子流れと粒子による流路閉塞，および壁面加熱による沸騰現象の可視化計測と圧力損失測定を行った．数値解析では流路の局所の閉塞および沸騰は確率論の事象として適用する一方，決定論的要素として流路閉塞による流れの変化を解き，それに基づく各箇所の粒子充填・沸騰の発生確率を変化させたモデルを開発した．これにより決定論と確率論に基づく現象の連成解析が可能となる．これらの実験と数値解析による結果は，従来の多孔質体や流路での粒子充填に基づく（ランダム事象に基づく）流動・圧力損失に関する数理モデルを用いて計算した場合と比較した．その結果，充填初期では両者の大きな違いは見られないが，時間の経過とともに充填領域の形状と拡大の特性が両者で大きく異なり，それに合わせて圧力損失の増加率で乖離が見られ，決定論を考慮した場合の方が流路閉塞に要する時間が短くなり，圧力損失の増加率が顕著に増大した．これは実験でも類似する傾向が見られ，決定論的特性を考慮した数理モデルの開発の必要性を明らかにした．これらの成果は国内会議で発表し，さらに2022年度では国際会議と国内会議で発表する．