2019 年度研究成果報告書

レーザープローブによる超音速噴霧液滴の分裂・分散過程の解明

研究課題

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研究課題/領域番号	17K06162
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	流体工学
研究機関	長崎大学
研究代表者	植木弘信長崎大学, 工学研究科, 教授 (30160154)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	混相流 / 液体微粒化 / ウエーバー数 / マッハ数
研究成果の概要	ノズルへの供給圧力を最高で180MPaに設定し、ベルヌーイ速度が650m/s、マッハ数が1.9の超音速で軽油を大気中に噴射した。噴孔径が0.1mmの噴孔から4～15mm離れた位置の分裂過程にある噴霧液滴の速度とサイズを、マイクロスケールのレーザープローブを有するレーザー2焦点流速計を用いて計測した。その結果、噴射期間中期の噴霧内部の平均液滴速度が超音速に達する条件で、噴射初期の噴霧先端において測定された液滴の90%以上が亜音速であることが明らかとなった。噴霧先端の液滴サイズが噴射中期に比べて小さいことから、噴霧先端に発生する衝撃波によって液滴の分裂ならびに減速が生じたものと考えられる。
自由記述の分野	熱流体工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	高速噴霧による液体微粒化は、ガスタービン・往復動内燃エンジン等の燃料噴霧、噴霧による塗装・洗浄・冷却、医療用ネブライザ、薄膜生成、パウダー製造等、多くの分野で利用されている。噴射圧の増加による微粒化の促進、ならびに超音速噴霧に生じる衝撃波については多数の研究者により報告がなされてきた。超音速噴霧における液滴の分裂および分散について、これまで報告が存在せず、本研究によって初めて捉えられた。各分野において要求される噴霧特性を実現するための微粒化モデリングの高精度化に役立つことが期待される。