Investigation of the droplet inner flow induced by adjacent droplet evaporation

相邻液滴蒸发引起的液滴内流研究

基本信息

批准号：
21K03898
负责人：
山田寛
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，近接液滴の蒸発時に見られる液滴内部対流を詳細に把握することを目標としている．令和4年度は，接触角90°の2つの液滴中心間の間隔を変化させた場合における水蒸気濃度や温度分布の数値解析を行うとともに，超はっ水基板上に置かれた水滴に有機溶媒の液滴を近接させた場合における水滴の挙動と水滴内部の対流を評価した．有限体積法を用いて液滴間隔を変化させた際の液滴周りの状態を数値的に求めた．液滴間隔が狭くなることで近接側における蒸発が抑制され，蒸発流束が大きく低下することがわかった．加えて，蒸発が抑制されることで潜熱の輸送量が低下し，液滴の中で最も温度が低い位置が遠方側に移動することが示された．水と混和する液体および水への溶解量が20g/L以下の液体を有機溶媒として用い，超はっ水面上におかれた水滴に隣接するように滴下した．有機溶媒の水への溶解度に関わらず，水滴が振動する様子が確認されたため，この振動が発生する条件を実験的に検討した．その結果，水と比較して蒸気圧の高いアセトンやジクロロメタンでは振動が確認されたものの，蒸気圧の低い液体では確認されなかった．また，液滴の中心軸が左右に揺れる振動が見られることがわかった．この振動の原因として，マランゴニ効果による力が考えられる．振動が確認された有機溶媒の表面張力はいずれも30mN/m以下であり，水の72mN/mと比較して小さい．そのため，蒸発した有機溶媒の分子が水滴内に溶解または水滴表面に付着することで局所的な表面張力の低下を引き起こすことで振動が駆動されたものと考えられる．このことは有機溶媒と水滴の距離を変化させた実験からも推察することができた．有機溶媒と水滴の間隔を3mm程度としたときの水滴内部の対流は10mm/s程度と得られ，液滴蒸発による自然対流と比較して1000倍程度早くなることがわかったが，一様な流れ場は観察されなかった．

这项研究旨在详细了解近战滴落中发现的内部蔑视。在战争的第四年，进行90°接触角的两个液滴液滴中心，对水蒸气浓度和温度分布的数值分析，然后将水滴放在超级水基础上板是有机的。当使用有限的身体积累方法更改液体间隔时，液体周围的状况是数值的。发现液体间隔的变窄通过在近战侧蒸发并大大减少蒸发来减少。此外，抑制蒸发会减少潜热的运输量，并将液体的最低温度移至遥远的一侧。将液体和水与水混合的液体和溶解在水中的量被还原为有机溶剂，并掉落，使其与水面上的水滴相邻。无论有机溶剂的溶解如何，都证实了水滴振动，并且经过实验检查了发生这种振动的条件。结果，与水相比，在丙酮和二氯甲烷中证实了振动，但在低蒸气压力的液体中尚未证实振动。此外，发现液体滴的中心轴左右摇摆。这种振动的原因是考虑了marangoni效应的力量。确认振动的有机溶剂的表面张力为30m/m或更小，并且小于72MN/m的水。因此，认为振动是由蒸发的有机溶剂的分子分子驱动的，溶解在水滴中或粘附在水滴表面上，从而导致局部表面张力降低。这可以从改变有机溶剂和水滴之间距离的实验中推断出来。当有机溶剂和水滴之间的间隔设置为约3毫米时，水滴内的对流约为10毫米/s，比液体蒸发引起的自然对流快于1000倍未观察到流动面积。