粒子法による熱伝導-対流遷移の研究

渡辺 正; 蕪木 英雄

JAERI-Research 96-046, 50 Pages, 1996/09

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代表的な粒子法である直接シミュレーションモンテカルロ法及び分子動力学法を用いてレイリーベナール系をシミュレートし、マクロな流れ場における熱伝導-対流遷移をミクロレベルから考察した。統計的手法であるモンテカルロ法により得られた臨界レイリー数は、流体方程式の線形安定性解析により得られるものと一致し、マクロな流れの安定性がミクロレベルの粒子法により定量的に扱うことができることがわかった。また、遷移過程では温度や流速の変動量の相関が、明確な熱伝導及び対流状態におけるものより強くなっていることが明らかとなった。さらに決定論的手法である分子動力学法により原子のカオス運動をリアプノフ指数を用いて調べたところ、大規模な秩序運動としての対流渦が流れ場に現れると、個々の原子のカオス運動は増加することが明らかとなった。

Monte Carlo/molecular dynamics simulation on laser melting and evaporation

功刀 資彰; 江里 幸一郎*; 清水 昭比古*

Proc. of 2nd Japan-Central Europe Joint Workshop on Modelling of Materials and Combustion, 0, p.205 - 208, 1996/00

核融合炉のプラズマディスラプション時には、プラズマ崩壊によって、瞬時に莫大なエネルギーがプラズマ対向壁(PFC)へ投下され、PFCは溶融・蒸発する。この損耗量の評価が機器寿命を決定する重要な因子の一つであることから、各種高エネルギービームを用いた模擬実験や解析が行われている。しかし、これら実験値と解析値は一致せず、その原因解明が急がれている。本研究では、この食い違いの原因とされている溶融蒸発過程の原子挙動(クラスター生成)や解析コードの境界条件(熱平衡性)の妥当性を検討することを目的とし、高エネルギー加熱源としてレーザー、ターゲット材としてPFC候補材のモリブデンを対象とした光モンテカルロ-分子動力学シミュレーションを実施した。その結果、緩やかな定常的な加熱時にはターゲット材料は単調な溶融蒸発挙動を示し、蒸発原子同士によるクラスター生成も見られるが、原子運動の統計量の検討から溶融蒸発界面での熱平衡性は達成されていることが示された。また、急速なパルス的強加熱時には衝撃波的な圧力波が材料中を音速で伝播し、熱平衡は達成されず、特に、材料表面では沸騰のようなボイドが発生することなどが示された。

過冷却液体の構造・熱物性・動的性質

神林 奨

JAERI-M 92-181, 126 Pages, 1992/12

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逆べきポテンシャルによって粒子間相互作用が表されるソフト球モデルに対して、液体理論の積分方程式と等温分子動力学シミュレーションを適用し、平衡状態にある過冷却液体の構造・熱物性・動的性質を求め、得られた結果がポテンシァルパラメータのとり方に対してどのような依存性を示すか考察した。積分方程式を用いた解析では、熱力学的自己無撞着近似の1つであるRY近似と新たに提案したMHNCS近似を用いて、過冷却液体の構造と熱物性を求めた。RY近似の結果にKacポテンシァルと呼ばれる引力の効果を取り込むことにより得られた温度・エントロピー曲線から、極度の過冷却領域では、液体が安定に存在しないことがわかった。また、MHNCS近似の結果は、コンピュータシミュレーションの結果ときわめて良く一致し、過冷却液体の構造的特徴が基本ダイアグラムによって導かれることを示した。2成分溶液の相分離に対する安定性や、1成分液体の動的性質をソフト球モデルによって計算した結果、柔らかい芯のポテンシァルが液体アルカリ金属の性質に対応し、堅い芯のポテンシャルが液化不活性気体の性質に対応することが明らかになった。