研究課題
基盤研究(C)
小流量スプレー冷却の基礎研究として固体面に衝突する液滴の変形挙動と熱移動を数値解析と観察実験により詳細に調査した。とくに、液滴が固体面に連続入射する際の、液滴同士の相互作用の解明に焦点を当てた。この理由は、実際のスプレー冷却では液滴同士の干渉が頻繁に発生し、それが冷却特性に少なからず影響を及ぼすからである。液滴と固体面の衝突を扱った既存の研究は多数あるが、単一液滴衝突がほとんどであるため、相互干渉の知見は非常に乏しい。まず、液滴直径が約0.5mm程度の2つの液滴を1m/s〜5m/sの速度で表面が滑らかなインコネル合金面に垂直に連続衝突させる実験を実施した。固体面温度が液体の沸騰温度よりも低い場合、平板上で合体した液滴は王冠形状を呈することが分かった。これは、液滴干渉の典型的な変形であり、先に衝突した液滴の内部流動と、つぎに衝突する液滴の内部速度との差が衝突点近傍で大きい場合に顕著に現れる。その詳細なメカニズムは数値解析によって明らかにした。固体温度を液体の沸騰温度より僅かに高く設定しても、液滴の変形挙動に変化はなかった。しかし、さらに固体面温度を上昇させると、液滴の変形途中に多数の微小な2次液滴の生成が見られ、液滴の破壊が起こった。これは固液界面の沸騰により発生した多数の蒸気気泡の影響のためである。その結果、合体液滴の王冠状への変形は見られない。さらに、固体面温度を上昇させると、固体表面と液滴の間に蒸気膜が形成され2次液滴の生成は少なくなる。この場合には、条件により合体した液滴が王冠状に変形するが、その形状はかなりいびっである。また、その変形メカニズムを数値解析により明らかにした。
すべて 2007 2004
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