チューブ型冷凍機は現代社会で広く利用されているが、現在、チューブ内部の気体流動の熱力学的動的過程に関する微視的メカニズムの研究は不足している。本論文では分子動力学シミュレーション手法を用いてチャネルモデルを構築し、チャネル内での充填および放出を行い、チューブの圧縮および膨張を模擬し、チューブ軸方向の圧力、密度、速度、温度が時間とともにどのように変化するかを研究した。結果は、過程が進むにつれて気体の軸方向の圧力および密度の勾配が徐々に減少し、平衡に達するが、わずかな逆勾配が現れることを示した。膨張および圧縮過程では64 ps時にチャネル出口付近で最大速度がそれぞれ775 m/sおよび864 m/sで現れ、反応の進行に伴い最大速度点が圧力の低い方向へ徐々に移動した。チャネル内の各点での圧力波と速度波の位相は位置により変化した。圧縮過程ではチャネルの閉塞端近くの温度が高く500 Kに達し、閉塞端から離れるほど温度が低く223 Kにまで下がり、膨張過程では逆であった。1サイクルの温度場重ね合わせ時、熱端での時間積分平均値は375 K、冷端では244 Kであり、これにより熱端から環境への放熱と冷端での冷却が促進された。

分子動力学シミュレーション;チューブ低温冷凍機;熱力学特性;位相