2017 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical simulation of water drip on a wall of cup
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15K04764
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| Research Institution | Meisei University |
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Principal Investigator |
横山 真男 明星大学, 情報学部, 准教授 (30633044)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢川 元基 東洋大学, 工学研究科, 教授 (40011100)
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| Project Period (FY) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | 液だれ / 界面張力 / 粒子法 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は，容器口から吐出する流れについて，実験および数値シミュレーションによる分析を行った．容器から流れ出た流体は，慣性力と重力によって運動するが，容器口付近では界面張力の影響により容器の縁で壁面に引っ張られ，液だれという壁面に付着する現象を発生する．過去の商品開発や先行研究では，急峻な形状による解決手段が多かったが，本研究では，容器口付近に細い溝を付けるのみというこれまでにない方法で，日用品から産業製品までよくみられる液だれ現象を改善する方法を提案した．
容器口からこぼれる液だれの付着を抑える方法として，容器口の外側の縁に細かな溝を刻むことで，丸や角といった鋭利でない鈍い形状の縁でも液だれが大きく改善できることを確認した．これまで液だれを防ぐには注ぎ口の形状は鋭利で特殊な曲線である必要があったが，溝を加えることで形状によらず液だれが解消できるということが分かった．このことは今後の製品開発におけるデザイン性や加工コスト削減などのメリットにつながると思われる．
数値シミュレーションに関しては，ナビエ-ストークス式の外力としてポテンシャル力による濡れ性モデルを加えた陽解法のMPS法（Moving Particle Simulation Method）を行い，実験映像との比較を行った．濡れ性モデルを導入後の角縁容器から流れ落ちる水の数値シミュレーションでは，鉛直よりやや容器寄りの引き寄せられる流れが起き最終的な液だれがうまく表現できた．なお，濡れ性モデルを入れない場合では界面張力による引きよせられる力が作用せず，実験時に見られた流れの容器壁面方向への湾曲は見られず，容器外壁の壁面粒子への付着は発生しなかった．
以上の成果に関して，国内外学会での発表に加えジャーナル投稿および特許取得を行った．
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