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2014 Fiscal Year Research-status Report

静電場中での複合ジェットの安定性と微小粒子・カプセル形成への応用

Research Project

Project/Area Number 24560194
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

吉永 隆夫  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40158481)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywordsエレクトロスピニング / エレクトロスプレー / ジェット / 表面張力 / 非線形 / 静電場 / ジェティング / コーンジェット
Outline of Annual Research Achievements

近年,食品,医薬品,繊維などの諸分野で微小粒子,カプセルや微細ファイバーの需要が高まっており,静電場中での液体ジェットを用いてこれらを形成する試みが,主に実験的に行われてきた.本研究の目的は単相ジェットもしくはコア部と円筒部からなる複合ジェットにおいて,静電場中でのジェットの不安定化のメカニズムを明らかにし,微粒子化もしくはカプセル化を引き起こすパラメータ領域や,電気・流体特性を解析的に予測することを目的とする.
当該年度は昨年に引き続き,ジェットと同軸にある電導性の円筒シース上で与えられた外部電場の効果を考慮した解析を行った.特に,ジェットとシース間での電場分布の解析に関して,特異摂動法を用いて,電場分布を界面形状の関数として陽的に表わすことの成功した.そのような結果を用いて,ジェットの発展を記述する方程式を導き,ジェット崩壊に及ぼす外部電場の影響をさらに詳しく調べた.その結果,ジェット崩壊に際して,外部電場の増加とともに,ジェット先端に大きな液滴が形成されるドリッピングモードから,微細な液滴が形成されるスプレーモードに至る過程において以下のことが明らかになった:電気ペクレ数が大きい(ジェット流体の電気伝導性が悪い)場合,外部電場強さの増加とともに先端部に形成される液滴径が次第に減少していく.しかし,電気ペクレ数が小さくなる(電気伝導性がよくなる)と,その移行が不連続になり,大きな径の液滴から小さな径の液滴に突然変わることが分かった.このことは,サテライトの形成によるものであり,主ドロップ間にサテライトが形成されていることで説明されることが明らかになった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

単相ジェットのサテライト形成に関する研究に多大な時間を割いたため,本年予定していた複合ジェットに関する解析があまり進んでいない.しかし,本解析によりサテライト形成が明らかになったことから,どのような条件でサテライト発生が抑えられるかを推測でき,外部電場や電気特性によりサテライト形成がコントロールできる可能性を示せた.

Strategy for Future Research Activity

複合ジェットに関する解析を引き続き行う.原理的にはこれまで行ってきた解析手法を用いるが,円筒部の解析に時間がかかるとみられる.また,複合ジェットの関してすでにある数値解析コードに電場による影響を考慮する必要がある.

Causes of Carryover

複合ジェットの関する解析を現在行っており,また,数値計算プログラムコードを現在作成中であり,数値解析を次年度に行う.

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在作成中のプログラムコードによる計算を行うため,計算機のCPU,ストレージなどの購入に充てる.さらに,成果発表のため国際会議出席費用に充てる.

  • Research Products

    (8 results)

All 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 静電場中での液体ジェットの安定性2014

    • Author(s)
      吉永隆夫
    • Journal Title

      京都大学数理解析研究所講究録

      Volume: 1890 Pages: 16,23

    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Mathematical Model for a Boiling Process of Food Stuff Based on the Porous Media Theory2014

    • Author(s)
      Takao Yoshinaga and Tomoko Hara
    • Journal Title

      Begell House Digital Library

      Volume: 2014 Pages: 1,10

    • DOI

      10.1615/IHTC15.pmd.008742

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 静電場内での平面液体ジェットの安定性と崩壊2015

    • Author(s)
      岡本充弘,吉永隆夫
    • Organizer
      日本機械学会関西支部講演会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-17
  • [Presentation] 静電場中の液体ジェットの安定性と崩壊(II)2014

    • Author(s)
      吉永隆夫,岡本充弘
    • Organizer
      RIMS研究集会
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-17
  • [Presentation] 静電場中での液体ジェットの不安定モードと崩壊2014

    • Author(s)
      吉永隆夫
    • Organizer
      第63回理論応用力学講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-28
  • [Presentation] 静電場内での平面液体ジェットの安定性と崩壊2014

    • Author(s)
      岡本充弘,吉永隆夫
    • Organizer
      日本流体力学会年会2014
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2014-09-15 – 2014-09-17
  • [Presentation] Transition of breakup modes for a liquid jet in a static electric field2014

    • Author(s)
      Takao Yoshinaga and Takasumi Iwai
    • Organizer
      IUTAM Symposium on Complexity of Nonlinear Waves
    • Place of Presentation
      Tallinn (Estonia)
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-12
    • Invited
  • [Presentation] A Mathematical Model for a Boiling Process of Food Stuff Based on the Porous Media Theory2014

    • Author(s)
      Takao Yoshinaga and Tomoko Hara
    • Organizer
      The 15th International Heat Transfer Conference
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都府京都市)
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15

URL: 

Published: 2016-05-27  

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