2015 Fiscal Year Annual Research 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
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24560194
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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) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電気流体力学 / エレクトロスピニング / エレクトロスプレー / 非線形 / 特異摂動法 / クーロン力 / 表面張力 / 粘性力 |
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| 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．本研究の目的は単層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，静電場によるジェットの安定性メカニズムを明らかにし，微細粒子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にある．
当該年度は昨年に引き続き，ジェットと同軸にある弱電導性の円筒シース上で与えられた外部電場を考慮した解析を行った．特にジェットとシース間の電場分布の解析に関して，特異摂動法を用い，電場分布を界面形状の関数として陽的に表した．そのような結果を用いて，ジェットの発展を記述する発展方程式を導き，ジェット崩壊に及ぼす外部電場の影響を詳しく調べた．昨年度までに，電気ペクレ数(対流電流の伝導電流に対する比)が比較的大きいとき，電気オイラー数(外部電場によるクーロン力に対するジェット慣性力の比)が増加するとともに，ジェット先端に大きな液滴が形成されるジェッティングモードから，微細な液滴が形成されるスプレーモードへと連続的に至るが，電気ペクレ数が小さくなるにつれてその遷移が不連続であることが示された．本年度はその不連続遷移を詳しく調べた．その結果以下のことが分かった．比較的大きな電気ペクレ数では，まずジェット先端部に微細な液滴が形成され，その後，主液滴が形成され，その状態が交互に繰り返される．しかし電気ペクレ数が小さくなるにつれて，ジェット先端部での微細液滴形成後，主液滴形成のためのジェット変形が十分ではなくなり元の液柱に戻ってしまう．その結果，先端部から微細液滴が繰り返し形成されるだけである．以上のことから，ジェッティングモードからスプレーモードへの遷移のメカニズムが明らかになった．
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