凝縮時のエネルギー輸送におけるナノ構造の影響に関する分子動力学的研究

摘要

凝縮や蒸発などの相変化を伴う熱輸送は，空調システムや電子機器の冷却など様々な分野で応用されており，近年の微細加工技術の発展により，伝熱面上に設置された微細構造の凝縮熱伝達率への影響が議論されている．また，凝縮時の伝熱面上の微細構造の影響について分子動力学シミュレーションを用いて調査した研究例はあるが，ナノメートルスケールの微細構造のどの部分がどのようなメカニズムで凝縮時の熱抵抗に影響を与えるかについて議論した研究はほとhどない．そこで，本研究では，凝縮時のエネルギー輸送に対する伝熱面上に存在するナノメートルスケールの矩形構造の影響について，前報と同様な平行な固体壁面間に存在する気液二相からなる流体分子系を用いた非平衡分子動力学解析によって調べた．現象の定性的な理解を目的として，流体分子としてアルゴンまたは水を，構造を有する伝熱面として白金面をそれぞれ用いた．本研究では，矩形ナノ構造の有無と濡れ性をパラメータとして，局所界面熱抵抗の変化を評価した．また，矩形ナノ構造を有する伝熱面を5つの局所領域に区分し，各領域におけるエネルギー輸送量から局所熱流束q，流体－固体界面の温度差から局所温度差ΔTを求めて，それらの値から局所熱抵抗を算出した．数値解析にはLAMMPSを用いた．