高温壁面に衝突した燃料滴の流動・伝熱・燃焼挙動の解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650748
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 深井 潤 九州大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20189905)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 両角 仁夫 九州大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60304747)
• Keywords: 液滴 / 衝突 / 高温壁面 / 接触角

Research Abstract

本研究の目的は,高温壁面に衝突した燃料滴の流動・伝熱現象を解析し,燃焼現象と衝突条件の関係について有用な知見を得ることである.本年度は,蒸発を伴うメニスカスの形状の解析モデルを改良し,衝突液滴の変形現象が壁面温度に依存する原因を明らかにすることである.また,高温壁を取り付けた実験装置を用いて,水滴,ヘプタン滴を用いた追加実験を行った.その結果,以下のことが明らかになった.
1.ヘプタン滴では,壁面温度の上昇とともに,最大広がり径は減少し,広がり径が最大に達するまでの時間も減少する.一方,水滴において,壁面温度が変形挙動に及ぼす影響は広がり過程において観察されず(沸騰現象には影響するが),後退過程において顕著に現れることがわかった.
2.蒸発速度からメニスカス形状を予測する前年度のモデルを改良し,衝突液滴流動・伝熱解析プログラムに組み込み,液滴の変形過程を数値シミュレーションした.その結果,ヘプタン滴,水滴の変形挙動を予測することが可能となった.特に,膜沸騰領域において液滴のリバウンドが予測できた.
3.改良したメニスカス形状モデルに対して,自由表面からの蒸発速度に関する平衡モデルと非平衡モデルを評価し直した.その結果,平衡モデルを用いた方が良好な数値解析結果が得られた.
4.項目1に示したヘプタン滴と水滴の壁面温度依存性の相違は,液滴と壁面間の接触温度の相違に起因することが数値シュミレーションにより明らかになった.これまで,この理由は曖昧にされており,本研究の大きな成果の一つである.

Research Products

• [Publications] J.Fukai: "Numerical Simulation of Deforming Liquid Droplets on Flat Surfaces"Recent Research Developments Heat, Mass & Momentum Transfer. 2. 83-102 (1999)
• [Publications] J.Fukai ら: "Dynamic Contact Angles of Water Droplets Sliding on Inclined Hot Surfaces"Journal of Chemical Engineering of Japan. (印刷中). (2000)
• [Publications] 深井 潤 ら: "高温平板に衝突した液滴の流動解析"化学工学シンポジウムシリーズ. (印刷中). (2000)