2017 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 |
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が流れるとき，流れ方向に平行な静電場がジェットの安定性と薄膜形成に与える影響を非線形現象まで含めて解析的に調べている．特に，粘性率や表面張力等の流体パラメータと電気伝導率や誘電率等の電気パラメータの影響がジェットの形状に対してどのように現れるかを調べる．前年度は，ジェットの変形が周期的でかつ微小である場合の線形安定性を変形モードが対称と反対称の場合について調べた．その結果，周囲気体との速度差から発生する流体不安定と静電力による静電圧不安定の二つの不安定が，変形モードに対して異なる作用をすることを示した．
今年度はノズルから噴出する平面ジェットの非線形現象を調べるため，導出した非線形方程式をノズル出口での境界条件を用いて数値的に解析した．解析では簡単のために，周囲気体の電気伝導率と圧力変化を無視した．その結果，外部電場の強さと，ジェット流体の電気伝導率がジェットの形状に大きな影響を与えることがわかった．すなわち外部電場が強いかもしくは電気伝導率が良ければ，ジェットは先端部で急激に加速しながら薄くなる．一方，外部電場が弱いか電気伝導率が悪くなると先端部が丸く膨み減速を始めることが示された．このことは，前者の場合はは極薄の液体シート形成が可能であり，後者の場合は先端部から発生する液柱から表面張力不安定により多数の液滴が形成されることを示している．
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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
当初の計画通り非線形解析は終了した．
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| Strategy for Future Research Activity |
非線形解析の結果を参考にし，厳密数値解析を行う．ナヴィアストークス方程式とマックスウェル方程式を用いた基礎方程式系をレベルセット法を用いて直接数値解析を行う．特に解析ではジェット界面での表面電荷の扱いが重要になる．自由界面上を電荷が自由に移動し，電荷は外部電場によりクーロン力を受け，界面の形状に影響を与える．その界面の形状の変化は外部電場によるクーロン力の変化を引き起こし，再び界面の形状に影響を及ぼすためである．
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| Causes of Carryover |
(理由）当該年度の学会出席発表のうち国際学会の出席が学内入試業務の都合で取りやめになったため．また，数値解析の予備計算の遅れで数値解析用ソフトウェアの購入が遅れたため．
(使用計画）次年度にソフトウェアの購入を行う予定である
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