2008 Fiscal Year Annual Research Report
複合ジェットの崩壊メカニズムと微小カプセル技術への応用
| Project/Area Number |
19560173
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
吉永 隆夫 Osaka University, 基礎工学研究科, 准教授 (40158481)
|
|---|
| Keywords | 複合ジェット / 表面張力 / 非線形 / カプセル / 崩壊 / 不安定 |
|---|
| Research Abstract |
昨年度の研究では,コア部と円筒部からなる複合ジェットを記述する非線形方程式を導出し,粘性比,密度比,速度比など種々のパラメータに対してジェットの特長的な崩壊課程が調べられた.特に,界面での表面張力比がカプセル形成のための需要なパラメータであることが示され,また低レイノルズ数の場合にはコアジェットの閉塞現象が発生することがわかった.
ところでこのような方程式は,その性質上ジェットの円筒部もしくはコア部の破断発生以降は用いることができないため,それ以後の現象の詳細は基礎方程式の厳密な数値解析に頼らざるを得ないと思われてきた.ところが,今回このような方程式でも半無限ジェットに対する初期値境界値問題を詳しく調べることにより,カプセル形成周期や形状をかなりよい精度で評価できることが明らかになった.すなわち,破断後のジェットの特性は,ノズル出口で正弦的な撹乱が与えられたとき非線形の意味での最も不安定な周波数により決定され,その周期でカプセルが生成される.そして,この周波数はコア流速が増加するにつれて,撹乱振幅が増加するにつれて,さらにウェーバー数が増加するにつれてより大きくなる.さらに,その周波数から算出された周期長さに相当するジェットの体積が生成されるカプセルの体積とみなせることから,生成されるカプセル径を求めることができる.
このようにして得られた結果を気-液複合ジェットでの実験結果と比較したところ,カプセル形成周期及び生成されたカプセル径共によい一致が見られた.このことから,カプセル生成の基本的なメカニズムとしては非線形安定性により説明できることが明らかになった.
一方,基礎方程式の厳密な数値解析も平行して行われた.初期に計画していたLevel-Set法では界面での数値拡散の影響が大きく十分によい成果が得られなかった.そこで,Level-Set関数の界面発展を記述する方程式にCIP法を適用して,現在さらに精度のよい解析を行ってい
る.
|
