東北大学 流体科学研究所 分子複合系流動研究分野

菊川研究室

不均質媒体/制限空間内の流体における輸送現象Transport Phenomena in Heterogeneous Media and Confined Liquids

気液界面をミクロスケールで観測すると,分子の熱揺らぎによって,界面がダイナミックに運動していることがわかる.この分子スケールの揺らぎを捉えられる統計力学的な界面定義方法を提案し,その分子シミュレーション結果を可視化した.

局所・瞬時的界面の定義による気液界面の3D可視化動画(平行法で立体視できる)

流体やソフトマター界面,ナノスケール構造によって形成される制限空間内の閉じ込め液体においては,界面近傍における液体中の不均質(ヘテロ)な構造発現に伴い,特異な熱・物質輸送特性が現れます.これらは,多孔質体やナノ細孔,生体高分子を介した物質移動などナノ工学・バイオ科学レベルで広く重要な要素となっています.本研究を通じて,界面近傍における閉じ込め液体の分子輸送特性が,均質なバルク液体中と大きく異なることや流体力学的効果によって分子拡散現象が強く影響を受けることが明らかになっています.分子スケールにおけるヘテロな構造や輸送現象の本質的理解と,それらに基づくマクロな熱流体解析への橋渡しとなる物理モデルの構築を目指しています.

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  • Gota Kikugawa, Takeo Nakano, and Taku Ohara, Hydrodynamic consideration of the finite size effect on the self-diffusion coefficient in a periodic rectangular parallelepiped system, Journal of Chemical Physics,  Vol. 143 (2015), 024507. doi:10.1063/1.4926841
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  • Gota Kikugawa, Shu Takagi and Yoichiro Matsumoto, A molecular dynamics study on liquid-vapor interface absorbed by impurities, Computers and Fluids, Vol.36 (2007), pp. 69-76. doi:10.1016/j.compfluid.2005.07.007
  • 菊川豪太, 高木周, 松本洋一郎, ミクロスケールにおける気液界面の局所・瞬時的定義について, 日本機械学会論文集B, 73巻, 第725 (2007), pp.118-125, (in Japanese). doi:10.1299/kikaib.73.118