閉じ込められた空間における液滴の動力学：スケーリング則と次元クロスオーバー

有限空间中的液滴动力学：尺度定律和维度交叉

基本信息

批准号：
20J10242
负责人：
古賀由希菜マーガレット
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Ochanomizu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10242/
关键词：
滴融合スケーリング則

项目摘要

本研究では、擬二次元空間下での液中液滴の融合という現象を取り扱った。ヘレショウセルを用いた擬二次元空間下において、外部液体（オイル）の粘度を非常に高くした実験を行い、グリセリン液滴が融合する際の、融合時の架橋部分（ネック）に着目して研究を進めた。実験の結果、本条件下では、ネックの半径がセルの厚み以下となる融合の初期で、ネックの成長速度が外部液体、液滴どちらの粘度にも依存しないということが分かった。また、本実験では、液滴が液槽の表面と互いに引き合って融合が開始する様子が見られた。これらの結果をもとに、2021年度は以下の方法でネックのダイナミクスが慣性領域にあることを確かめた。・理論式の導出：擬二次元空間ではあるが、セルの厚みよりもネックの半径が小さいため、ネックの形状は三次元的であることに留意した。また、本実験でみられた「ネックの高さ」という長さスケールに新しく着目し、ナビエ・ストークス方程式を次元解析的に用い、慣性領域におけるネックの成長法則を導出した。・理論式と実験結果の整合性：実験の特性上、液体の粘度や密度などを独立に固定した実験が難しかったため、実験データと理論式の整合性の確認は、グラフの軸の取り直し、相対時間スケールに基づいた検証、速度スケールに基づいた検証、と三通りの方法で行った。その結果、全ての方法においてその整合性を確認することができた。・粘性領域に関する検討：上記の理論式と実験結果の整合性の確認に加え、ネックのダイナミクスが粘性領域にはないということを確認した。粘性スケールが、ネックの半径、ネックの高さ、液滴の半径である3つの粘性領域についてそれぞれ考え、結果、全ての場合において実験結果と一致せず、着目しているネックのダイナミクスは粘性領域にはないことが確認できた。以上の方法で、本研究で着目したネックのダイナミクスが慣性領域にあることを確かめた。

这项研究涉及准二维空间中液滴融合的现象。我们进行了一项实验，其中使用论尾细胞在伪2D空间中外部液体（油）的粘度极高，并在融合过程中融合融合时，进行了针对交联部分（颈部）的研究。实验表明，在这些条件下，颈部的生长速率不取决于融合开始时外部液体或液滴的粘度，其中颈部半径低于细胞的厚度。此外，在该实验中，观察到液滴通过液体罐的表面互相吸引，融合开始了。基于这些结果，我们证实了颈部的动力学在2021年使用以下方法在惯性区域。 - 理论方程的推导：尽管它是一个伪2D空间，但注意到颈部形状是三维的，因为颈部的半径小于细胞厚度。此外，我们专注于该实验中看到的“颈高”的长度尺度，并在维数分析中使用了Navier-Stokes方程来得出惯性区域中颈部的生长定律。 - 理论方程式和实验结果之间的一致性：由于实验的特征，很难实验液体的粘度和密度独立固定，因此使用三种不同的方法确认了实验数据和理论方程之间的一致性：基于相关时间尺度和Verocity cons and velocity conse cornification：检索图形的轴，验证轴。结果，可以确认所有方法中的一致性。 - 研究粘性区域：除了检查理论方程和实验结果之间的一致性外，还证实颈部动力学不存在于粘性区域。考虑粘性尺度是颈部半径，颈部高度和液滴半径的三个粘性区域，并且可以证实，在所有情况下，它都不匹配实验结果，并且集中在颈部的动力学不在粘性区域中。使用上述方法，可以证实该研究集中的颈部动力学是惯性区域。