単一層拡散媒体に対する透過拡散実験シミュレーション及び解析プログラム

A Development of simulation and analytical program for through-diffusion experiments for a single layer of diffusion media

佐藤 治夫

Sato, Haruo

岩石などの単一層拡散媒体に対する透過拡散実験のシミュレーション及び解析のためのプログラム(TDROCK1.FOR)を開発した。プログラムは、科学技術計算に適しているPro-Fortranにより作成し、解析法として比較的簡単な陽解差分法を用いた。解析では、これまでに取扱うことができなかったトレーサセル中の溶質濃度の時間変化を入力条件とすることができ、トレーサセルから測定セル側への溶質の拡散に伴うトレーサセル中での時間に対する濃度の減少、媒体空隙水中の濃度分布及び測定セル中の溶質濃度の経時変化などを計算することができる。また、入力条件として、両セル中の溶液体積や試料の直径及び厚さをパラメータとすることもできる。本プログラムは、既に拡散係数(見掛けの拡散係数、実効拡散係数)が求められているケースについて測定セル中の溶質濃度の経時変化について検証した結果、実測結果をよく説明することができた。このことから、本解析プログラムが実際の解析やシミュレーションに適用できることが確認された。本報では、透過拡散実験における理論的取扱い、解析のためのモデル、ソースプログラム例及びマニュアルについて説明する。

A program (TDROCK1.FOR) for simulation and analysis of through-diffusion experiments for a single layer of diffusion media was developed. This program was made by Pro-Fortran language, which was suitable for scientific and technical calculations, and relatively easy explicit difference method was adopted for an analysis. In the analysis, solute concentration in the tracer cell as a function of time that we could not treat to date can be input and the decrease in the solute concentration as a function of time by diffusion from the tracer cell to the measurement cell, the solute concentration distribution in the porewater of diffusion media and the solute concentration in the measurement cell as a function of time can be calculated. In addition, solution volume in both cells and diameter and thickness of the diffusion media are also variable as an input condition. This simulation program could well explain measured result by simulating solute concentration in the measurement cell as a function of time for case which apparent and effective diffusion coefficients were already known. Based on this, the availability and applicability of this program to actual analysis and simulation were confirmed. This report describes the theoretical treatment for the through-diffusion experiments for a single layer of diffusion media, analytical model, an example of source program and the manual.