| 研究概要 |
本研究は、滑らかな固体面に衝突する水粒子の、非定常な変形プロセスと伝熱現象を実験的かつ理論的観点から研究したものである.まず,衝突後の時間経過にともなう液滴形状と固液接触面積の推移を2台のビデオカメラとマイクロフラッシュを用いて観察する実験手法を確立し,さまざまな条件で実験を行った.その結果,液滴が固体面に衝突するとき,固体面と衝突直前の液滴の間に存在する空気が取り込まれ,固液接触面中心部に微小な気泡が形成されることが明らかになった.そして,この空気の取り込み過程は液滴の衝突条件に影響されることが分かった.また,固体面が高温の場合は,固液直接接触面で沸騰による多数の蒸気気泡の形成が見られた.これらの気泡は時間の経過とともに成長し,隣接する気泡同士が合体するので,固液直接接触面は減少し,やがて消失する.また,固体面を離脱した気泡は,液滴中を上昇し,大気中に放出される.その際,多数の微小2次液滴粒子が形成され,液滴本体から離脱していく.この2次液滴粒子群の形成によって,液滴本体の体積は減少し,幾つかの粒子に分裂して破壊されることが分かった.また,液滴の衝突挙動を数値解析するためのコンピュータコードを作成した.支配方程式は2次元軸対称座標系のNavier-Stokes方程式で,液体の粘性,表面張力,重力,液体と固体面の濡れ性,液滴と固体面の熱伝達,固体内部の温度分布を考慮した,数値解析結果は,実験結果と良好に対応することが確認された.
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