表面張力および濡れ性を考慮した平板上における単一液滴の流動解析手法の開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05750675
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 深井 潤 九州大学, 工学部, 助教授 (20189905)
• Keywords: 液滴衝突 / 流動解析 / 有限要素法 / Langrangian法

Research Abstract

平板に衝突した単一液滴の流動挙動について、慣性力、粘性力、重力、表面張力および平板の濡れ性の影響を考慮できる数値解析手法を開発し、実験との比較によりその妥当性を示した。また、濡れ性が液滴の変形に及ぼす影響を実験と理論の両面から明らかにした。
1.数値解析手法の妥当性について
濡れ性を表すパラメータとして平板の接触角を用いた。液滴が広がる過程では前進接触角、回復する過程では後退接触角を与えた数値解析を行い、実験結果と比較した。慣性力が弱まり表面張力および濡れ性の影響が大きくなる時間範囲においても、本計算結果は実験結果と良好に一致した。
濡れ性の影響
(1)実験と理論の両面から、平板面衝突直後の液滴が広がる過程において濡れ性の影響は小さいことが分かった。
(2)液滴が一旦広がった後で形状を回復する過程では、液滴の変形挙動は濡れ性に大きく依存することが分かった。本計算条件の範囲においては、接触角が大きいほど広がりにくく、早く回復しようとする傾向が現れた。このように、形状を回復する過程では濡れ性の影響は無視できない。
3.従来の解析方法の適用範囲
表面張力および濡れ性の影響を考慮していない従来の解析法を用いて数値計算を行った。液滴が広がる過程において実験値と計算値を比較した結果、衝突直後は良好に一致しているが、時間経過と共に両結果の差は大きくなった。また、衝突速度が大きいほど従来法の適用時間は長くなる。