2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of non-coalescence phenomenon between a liquid drop and a liquid surface by coupling molecular gas dynamics approach with computational fluid dynamics
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26420102
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
米村 茂 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (00282004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 恭史 関西大学, システム理工学部, 教授 (90330175)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 液滴 / マイクロ・ナノ気体流れ / 分子気体潤滑膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
27年度までに、液滴と液面の変形や液体内の流動を無視して現象を簡単化し、液滴―液面間の分子気体潤滑膜（マイクロ・ナノ気体流れ）の圧力発生解析と連成させながら、液滴と液面の運動をラグランジュ的に追跡する数値解析を行い、液滴が振動液面上で浮上落下を繰り返し、非接触を保って安定的に持続する現象と、液面と接触して合体する現象を確認した。その結果をもとに液滴が安定的に持続する条件を理論的に予測したところ、数値解析結果と良く一致した。28年度はこの気体膜の圧力および流動の計算と、液滴、液面および周囲気体の流動の計算と連成させるカップリング手法を考案した。液滴―液面間の分子気体潤滑膜のマイクロ・ナノ気体流れの支配方程式がボルツマン方程式であるのに対し、周囲流体の流れの支配方程式はナビエ・ストークス方程式である。さらに分子気体潤滑膜領域が周囲流体領域に内包され、かつ、流動により変形してしまうために特別な取り扱いが必要となるのである。本研究では、界面活性剤が吸着した液滴が液面上で浮遊する系をシミュレートするため、移動界面を追跡するFront-tracking法と液滴―液面間の狭い間隙に格子点を効率的に配置するアダプティブメッシュを用いた手法を検討していたが、現状のデータを詳細に検討したところ、Front-tracking法では界面張力の効果を数格子幅でぼかして表現するため、狭い間隙の流れを表現するには別の手法を用いる必要があると判断するに至った。そこで、Front-tracking法で界面を追跡しつつ、界面張力の効果をぼかさず表現するghost fluid法に基づくシャープインターフェース型Front-tracking法を開発した。この手法に、上述の分子気体潤滑計算を組み込めば、気体膜が1格子以下になっても妥当な結果が得られることが期待される。現在、学会発表に向けてデータを検討中である。
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Research Products
(3 results)
