逆温度勾配現象における反射分子の適応に関する分子動力学的研究

摘要

気液界面における熱?物質輸送機構を記述するためには，凝縮係数と呼ばれるパラメーターが必要である．近年の分子動力学解析によって，その凝縮係数を入射分子の凝縮確率として定義する場合，界面鉛直方向の速度成分に強く依存することが示された(1)．また，液面から遠ざかる蒸発分子，及び反射分子の速度分布について，Maxwell 分布と異なることが明らかとなった．そのため，すべての分子が同じ確率で凝縮し，かつMaxwell 分布に従うことを前提とした従前の気液界面の分子境界条件では熱輸送量を正確に表現することはできない．その最たる例が「逆温度勾配現象(2)」である．蒸気温度が低温の凝縮面に近づくにつれて上昇する現象であり，熱力学のパラドックスとされ，これまでに気体分子運動論による検討が主として行われている(3)-(6)．著者らはこれまでにこの現象の解明のために，アルゴン分子を用いた非平衡の分子動力学シミュレーション(NEMD)を実施し，その妥当性について検討してきた．その結果，逆温度勾配現象は熱力学の第二法則に違反することなく発生し，またその原因は反射分子の適応性によるものであると結論づけている(7), (8)．また，近年も非平衡計算により逆温度勾配を観察する報告があるもののその原因については明確にされておらず，反射分子の重要性に着目した検討は少ないと認識している．