2016 Fiscal Year Research-status Report
静電場中でのシートジェットの安定性と薄膜形成への応用
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16K06082
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉永 隆夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40158481)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 液体ジェット / 静電場 / 不安定性 / 誘電率 / 電気伝導性 / 表面張力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流れ方向に平行な静電場のもとで，弱電導性の2枚の平行平板シース間をスリットノズルより噴出した平面液体ジェットの振る舞いについての問題を考える．このとき，種々のパラメータに対して，どのような条件の下で安定に薄膜が形成されるかを解析的に調べる．本年度は，ジェット流体部を粘性流体，周囲流体部を非粘性流体とし，ジェット部及び周囲流体部の誘電率，電気伝導率を考慮して問題の定式化を行い，微小撹乱に対する安定性を調べた．
特に，定式化ではジェット表面に発生する表面電荷の拡散時間と流体の流れ時間の比である電気ペクレ数と，ジェット表面での静電圧と流れの慣性力の比である電気オイラー数を有限とした．従来の解析では電気ペクレ数が十分小さいかまたは大きい場合しか取り扱っておらず，また，電気オイラー数は有限のペクレ数に対して十分小さい場合のみが考えられてきた．そのため，本解析での定式化はより一般の現象を記述できる．
このようにして得られた方程式を用いて，ジェットの微小2次元撹乱に対する線形安定性を記述する超越方程式を導出した．この方程式をニュートン法を用いて実波数に対する複素角周波数を種々のパラメータに対して求めた．その結果以下のことがわかった：(i)対称モード撹乱に対する不安定性は電気ペクレ数が小さいほど静電不安定が支配的で，大きくなると空力不安定が支配的になる．また電気オイラー数は最大不安定モードを増幅させる．(ii)反対称モード撹乱に対しては，電気ペクレ数が小さいほど静電不安定が増加するが，大きくなると空力不安定を抑えることが示された．そのとき，電気オイラー数の増加は増幅・抑制の程度をより強めることが示された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，問題の定式化と2次元撹乱の線形安定性解析は終了した．
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| Strategy for Future Research Activity |
安定性解析の結果を参考にし，非線形解析に進む．簡単のため，周囲流体の空力不安定性を無視し，ジェット及びジェット内外での電場の非線形方程式を，長波近似を用いて導出する．得られた方程式を，ノズルよりジェットが噴出する，より現実的な初期値境界値条件の下で解き，電気ペクレ数や電気オイラー数に対する，ジェットの崩壊の様子を調べる．
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| Causes of Carryover |
年度末に予定していた計算機部品の購入が，解析計算の遅れでできなかった．また，国際学会の出席が都合で取りやめになった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に計算機部品購入を行い，国際会議の出席を予定している．
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