静止空気中を自由落下する直列配置液滴群の接近・合体運動の研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650224
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 熊谷 輝雄 東京理科大学, 理工学部, 教授 (70084449)
• Keywords: 液滴群 / 自由落下運動 / 合体運動 / 流体力学 / 相互作用 / オ-セン近似 / 反映法 / 速度場重ね合わせ法

Research Abstract

本研究はインクジェットプリンター等の液滴を扱う多くの工業分野で重要な液滴群の空気中での運動、特に空気中を運動している液滴同士の間に作用する流体力学的相互作用と接近していく液滴同士の合体運動を解明することを目的としている。
先ず、固体微粒子群の低Re数での運動の記述に有効なことが実証されているオセーン反映法(研究発表欄論文1)を発展させてオセーン速度場重ねあわせ法を確立し(研究発表欄論文2)、その有効性を同一鉛直面に配置させた等しい球群のグリセリン中での自由落下運動の実験(研究発表欄論文3)で確認した。次いで、静止空気中を自由落下する直列配置微小液滴群の位置と速度の数値解をオセーン速度場重ねあわせ法を用いて求め、同一鉛直線に沿って次々を落下させた微小液滴群が固体微粒子の場合と同様に液滴同士の流体力学滴相互作用により先行する液滴から順に合体して大きな液滴を形成する運動を予測した。なお、この場合には直列配置固体微粒子群の自由落下運動とは異なり、先行する2つの液滴が合体して作る大きな液滴はより早い速度で落下していきその後で続く2つの液滴が接近して合体するという運動をすることも予測された。これらの数値解による予測を実験的に確かめるために暗室状態にした正方形断面の透明容器内でマイクロピペットより超純水、水道水、グリセリン水溶液の液滴群を同一鉛直線に沿って次々と落下させてそれらの液滴群の自由落下運動をストロボ光源装置と本予算で購入した電子映像式のポ-タブルマイクロスコープで撮影し、映像をパーソナルコンピュータに取り込んで画像解析した。その結果、オ-セン速度場重ねあわせ法で予測された直列配置液滴群の接近・合体運動が実験結果と良好に一致するという結論が得られた(論文準備中)。

Research Products

• [Publications] 熊谷輝雄: "Numerical Analysis of Equation of Motion for a Cluster of spheres in Fluid at Low Reynolds Numbers" JSME International Journal. 38. 563-569 (1995)
• [Publications] 熊谷輝雄: "Numerical Analysis of Motion of Particles in a Viscous Fluid by Newly-Developed Reflection Method using Oseen′s Flow Field" Proceaings of ICIAM 95. C-155. 1-2 (1995)
• [Publications] 高野 和久: "同一鉛直面に配置させた密度が等しく直径も等しい球群の低Re数での自由落下運動" 日本機械学会講演論文集. 95-19. 15-16 (1995)
• [Publications] 宇田 茂平: "鉛直線に対して任意の角度をもつ直線上に配置させた等しい球群の低Re数での自由落下運動" 日本機械学会講演論文集. (発表予定). (1996)