表面張力および濡れ性を考慮した平板上における単一液滴の流動解析手法の開発

考虑表面张力和润湿性的平板上单液滴流动分析方法的开发

• 批准号: 05750675
• 负责人: 深井 潤
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750675/
• 关键词: 液滴衝突; 流動解析; 有限要素法; Langrangian法

平板に衝突した単一液滴の流動挙動について、慣性力、粘性力、重力、表面張力および平板の濡れ性の影響を考慮できる数値解析手法を開発し、実験との比較によりその妥当性を示した。また、濡れ性が液滴の変形に及ぼす影響を実験と理論の両面から明らかにした。1.数値解析手法の妥当性について濡れ性を表すパラメータとして平板の接触角を用いた。液滴が広がる過程では前進接触角、回復する過程では後退接触角を与えた数値解析を行い、実験結果と比較した。慣性力が弱まり表面張力および濡れ性の影響が大きくなる時間範囲においても、本計算結果は実験結果と良好に一致した。濡れ性の影響(1)実験と理論の両面から、平板面衝突直後の液滴が広がる過程において濡れ性の影響は小さいことが分かった。(2)液滴が一旦広がった後で形状を回復する過程では、液滴の変形挙動は濡れ性に大きく依存することが分かった。本計算条件の範囲においては、接触角が大きいほど広がりにくく、早く回復しようとする傾向が現れた。このように、形状を回復する過程では濡れ性の影響は無視できない。3.従来の解析方法の適用範囲表面張力および濡れ性の影響を考慮していない従来の解析法を用いて数値計算を行った。液滴が広がる過程において実験値と計算値を比較した結果、衝突直後は良好に一致しているが、時間経過と共に両結果の差は大きくなった。また、衝突速度が大きいほど従来法の適用時間は長くなる。

我们开发了一种数值分析方法，可以考虑惯性力、粘性力、重力、表面张力和平板润湿性对单个液滴碰撞平板的流动行为的影响，并通过与实验比较。此外，润湿性对液滴变形的影响在实验和理论上都得到了阐明。 1.关于数值分析方法的有效性，采用平板的接触角作为代表润湿性的参数。对液滴铺展过程中的前进接触角和恢复过程中的后退接触角进行了数值分析，并将结果与​​实验结果进行了比较。即使在惯性力减弱、表面张力和润湿性影响增大的时间范围内，计算结果与实验结果也有很好的吻合。润湿性的影响 (1)从实验和理论两方面都发现，在液滴与平板表面碰撞后立即铺展的过程中，润湿性的影响很小。 (2)在液滴扩散后恢复形状的过程中，发现液滴的变形行为高度依赖于润湿性。在现有计算条件范围内，存在接触角越大越难以扩散、恢复越快的趋势。这样，在形状恢复过程中就不能忽视润湿性的影响。 3. 常规分析方法的适用范围采用常规分析方法进行数值计算，未考虑表面张力和润湿性的影响。液滴铺展过程中的实验值和计算值的比较表明，碰撞后它们立即吻合得很好，但随着时间的推移，两个结果之间的差异变得越来越大。此外，碰撞速度越高，传统方法的应用时间就越长。