非ニュートン流体系における液滴挙動の数値解析とその妥当性の検討

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750655
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 太田 光浩 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (00281866)
• Keywords: 擬塑性流体 / 自由運動液滴 / 液々ジェット / 数値解析

Research Abstract

擬塑性流体中での自由運動液滴の挙動を実験・数値解析により考察し,その整理法(両流体の物性値と液滴形状,運動速度の関係)を検討した.実験では擬塑性流体としてCarboxymethy1 Cellulose(CMC)水溶液系,分散相液滴流体としてSilicone Oilを用いた.粘度特性をコーンプレート型粘度計により実測し,一般化Cross-Carreauモデルにより粘度特性を表した.ニュートン流体系での液滴運動が系統的に整理されているのとは対照的に,非ニュートン流体系での液滴運動の整理法は提案されていない.本研究では液滴自由運動時の系代表剪断速度の定義法を提案し一般化Cross-Carreauモデルによる系代表粘度を導出した.これにより擬塑性流体系での修正Reynolds数,修正Morton数を定義し液滴運動の整理法を検討した.結果として修正無次元数を用いることで液滴運動は良好に整理出来ることが明らかになった.
また,擬塑性流体中でのノズルからのニュートン流体液々ジェットの特性を数値解析により再現した.擬塑性流体の場合,ニュートン流体系とは大きく異なった液々ジェット特性となることを数値的に明白にした.ジェット周りの粘度変化が大きく現象に関与しており,ジェット周りの粘度減少が特徴的な挙動を誘起する.これはノズル流入流速が速くなるとより顕著になる.また擬塑性特性が大きくなると,ニュートン流体系の様なジェットが軸方向に伸びた形状とならずノズルから噴出後に連続して液滴が生成することが分かった.ニュートン流体系との解析結果と比較することで擬塑性流体系での特徴的液々ジェットの挙動を明白にし,その時の粘度減少状態から現象を論じた.

Research Products

• [Publications] 太田 光浩, 岩崎 栄治他: "擬塑性流体系における自由運動液滴の数値解析"化学工学会第66回年会講演要旨集. S124 (2001)
• [Publications] 太田 光浩, 松田 直久他: "擬塑性流体中での液滴運動状態の考察"第34回化学工学会秋季大会講演要旨集. H104 (2001)
• [Publications] 太田 光浩, 岩崎 栄治他: "擬塑性流体中を上昇運動する液滴挙動の数値解析"JSME第14回計算力学講演会. 533-534 (2002)
• [Publications] 太田 光浩, 吉田 豊: "擬塑性流体系における液々ジェット挙動の数値解析"第51回理論応用力学講演会. 661-662 (2002)