| Research Abstract |
加熱固体平板に衝突する液滴粒子の変形および伝熱挙動を解析するコンピュータコードを開発した.支配方程式を2次元軸対称座標系非圧縮性流体のNavier-Stokes方程式とし,それを解くために有限差分法を適用した.対象としている流れは,時間の経過にしたがって液体の形状が大きく変化する自由表面流であるので,その解析手法としてline-segment法を適用した.また,流体の粘性,表面張力,重力,液体の固体面に対する濡れ性,および流体と固体の接触界面における熱伝達を考慮し,さらに,流体の密度,粘性係数,表面張力,熱伝導率の温度依存性も考慮した.このコンピュータコードの妥当性を検証するため,まず,非加熱固体面に衝突する液滴粒子の変形挙動を実験によって観察し,実験結果と数値解析結果とを比較した.その結果,両者は良好に一致し,液滴の流体力学的挙動は開発したコードによって予測できることが明らかになった.ところで,液滴と加熱平板との衝突時間は極めて短いため,時間経過にしたがう液体内部や固体表面の温度変化を測定するのは極めて難しい.そのため,同コードを加熱面と自由表面衝突噴流の流れ場の問題に適用し,その実験結果と数値解析結果を比較することにより,同コードが熱的挙動を正しく予測できるかどうかを検証した.その結果,数値解析結果と実験結果は良好に対応することが明らかになった.
加熱面に衝突する液滴の固液接触面の実験的観察によると,液滴と固体面は,固体温度が液滴のライデンフロスト点以上の温度でも直接接触が起こり,その後多数の気泡が形成されることが明らかになった.現在のコンピュータコードでは気泡の形成は考慮されていない.したがって,次年度で,気泡の形成に関して妥当なモデルを導入し,この問題を解決したいと考えている.
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