近年，センサやデバイスの小型化により，マイクロスケールでの熱や流れの制御がより重要になっている．しかし，微小なスケールの系では壁面の温度の非一様性により，壁面近傍で壁面に沿う流れが誘起されることが知られており，そのような現象は壁面ですべりなしの境界条件を用いた既存の流体力学の枠組みでは正確に記述されない．このような場合にもすべりの境界条件を適用することによって，流体方程式を用いたすべり流の解析がなされているが，流動媒質が気体で壁の温度が場所によって急峻に変化する場合，その変化の尺度が分子の平均自由行程と同程度になると，通常のすべりの条件ですら適用できない．
本研究では，急峻な壁面温度変化を理想化したモデルとして不連続な壁面温度分布を考え，その温度差によって生じる気体流れを記述するために導入された source–sink 条件に注目する．そして，不連続な温度差をもつ直線流路内の 2 次元流れを対象として，この境界条件を適用した流れのシミュレーションを行うことを目的とする．さらに，直線流路以外の幾何学的形状をもつ領域においてもsource-sink条件を用いた数値シミュレーション法を開発する．本研究で開発を目指す計算手法は不連続な表面特性をもつヤヌス粒子のような微粒子の解析にも拡張可能と考えられる．
本研究で得られる知見は，表面の温度差によって自己駆動するタイプのヤヌス粒子の設計や運動制御に役立つ．また，マイクロ流体デバイスにおいて，不連続な温度差を利用した新しい流れの生成や操作手法の検討にも応用できる．
| 氏名 | コース | 研究室 | 役職/学年 |
|---|---|---|---|
| 釣本大翔 | 先端数理科学コース | 応用数理科学 | 修士1回生 |
| 田口智清 | 先端数理科学コース | 応用数理科学 | 教授 |
| 辻徹郎 | 先端数理科学コース | 応用数理科学 | 准教授 |