沸点以上の高温面における接触角の測定

• Project/Area Number: 08750228
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 永井 二郎 福井大学, 工学部・機械工学科, 助手 (70251981)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 接触角 / 沸騰 / 蒸発 / 界面張力 / 表面

Research Abstract

過熱面上での3相界線の動力学および伝熱機構を考える際の基礎データとして、過熱面上の水の接触角を測定することを目的とし、以下の2通りの実験を行った。1つ目は、液体が沸騰しにくように鏡面仕上げされた種々の固体面上に水滴を置き、横方向から液滴形状をビデオ撮影することにより、平衡接触角、および静的・動的な前進・後退接触角を測定した。この実験は主に沸点以下の温度領域を対象としている。なお、測定はアルゴンガス雰囲気中で行い、固体面・液滴・雰囲気温度が等しくなるよう調整した。2つ目は、種々の過熱面を用い二次元高サブク-ル沸騰を実現し、発生する定在的な気泡形状をビデオ撮影することにより平衡・前進・後退接触角を測定した。この実験は主に沸点以上の温度領域を対象としている。
得られた知見は以下のようにまとめられる。
1.沸点以下の温度領域では、固体面の種類によらず、系の温度上昇にともない平衡接触角は減少する傾向を見せた。前進・後退接触角については、絶対値は後退接触角<平衡接触角<前進接触角の順になっているが、すべて同様の温度依存性を示した。また、静的・動的接触角の値にはほとんど差は見られなかった。
2.沸点以上の温度領域(過熱面)に関して、二次元高サブク-ル沸騰中の気泡形状から、平衡接触角および動的な前進・後退接触角を測定することができた。また、それらの接触角の値には大きな差が見られず、温度依存性(100〜115℃の範囲内)も極わずかであった。
3.ヤングの式をもとに実験結果を検討した結果、固液界面張力は温度上昇とともに一定または減少するものと考えられる。
.2種類の実験の結果を比べると、金属面(Cu,Al,SUS304,単検出サファイア)については沸点前後で接触角の値は連続的であるが、非金属面(石英ガラス,PTFE)については値が不連続であった。