マランゴニ効果による加熱液膜流の流動と破断

马兰戈尼效应导致加热液膜流的流动和破裂

基本信息

批准号：
02650163
负责人：
伊藤昭彦
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Oita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至 1992
项目状态：
已结题

项目摘要

傾斜面上を自由流下する加熱液膜に対して、a.液膜表面上のじょう乱波の発生に果たすマランゴニ効果を明らかにする。b.液膜の破断に果たすマランゴニ効果を明らかにする。c.液膜破断の生じる流動および加熱条件を明確にする。の3項を目的として、理論と実験の両面から研究を行った。まず、マランゴニ効果を考慮した液膜の不安定性を理論解析し、じょう乱波の生成条件を得た。解析結果は一つの傾斜角に対してじょう乱波となりうる二つの臨界流量が存在を示唆した。次いで作動流体として水とシリコンオイルの二種を用いてじょう乱波の発生する臨界流量と液膜の破断する流量を調査した。以上の結果、以下の知見を得た。1.マランゴニ効果、以下の知見を得た。1.マランゴニ効果はdynamic waveの波速度に関係し、これお減少させるように働く。気液界面の流体粒子速度が波速度を越えるときをじょう乱波の発生条件としたが、加熱により波速度が減少してじょう乱波は発生し易くなる。2.じょう乱波の発生する二つの臨界流量が存在する。すなわち、傾斜角を一定として液体流量を下げていくと、一度波が消えて液膜は平滑面となるが、さらに流量を下げると極めて薄い液膜上に再び波が発生する。この下限の臨界流量はマランゴニ効果に起因している。シリコンオイルによる実験で二つの臨界流量の存在を検証することができた。3.加熱液膜流のじょう乱波は低流量側で波高が大であり、基底液膜厚さが極めて薄くなる。4.下限の臨界流量よりわずかに流量を下げると液膜の一部は破断する。これは、じょう乱波が果たす液体輸送の効果よりも、波の山と谷の間で生じるマランゴニ力が谷となる最少液膜厚さを減少させる効果の方が大であるためと考えられる。以上のことより、加熱液膜流の波の発生に果たすマランゴニ効果が明らかとなったが、今後さらに液膜の破断機構について検討を行う。

对于沿倾斜表面自由流动的加热液膜，a. 阐明在液膜表面产生扰动波中发挥作用的马兰戈尼效应。 b. 阐明在液膜破裂中发挥作用的马兰戈尼效应。 c.明确引起液膜破裂的流动和加热条件。我们从理论和实验的角度进行了研究，目的有以下三个。首先，我们从理论上分析了考虑马兰戈尼效应的液膜的不稳定性，得到了产生扰动波的条件。分析结果表明，对于一个倾角，存在两种可能成为扰动波的临界流速。接下来，使用水和硅油两种工作流体，研究了湍流发生的临界流速和液膜破裂的流速。根据以上的结果，得到以下的见解。 1. 获得了以下关于马兰戈尼效应的发现。 1. 马兰戈尼效应与动力波的波速有关，并起到降低波速的作用。扰动波的产生条件是气液界面处的流体质点速度超过波速，但随着波速因加热而降低，更容易产生扰动波。 2. 出现扰动波的临界流速有两个。即，当保持倾斜角恒定的同时降低液体流速时，波一度消失，液膜变成光滑表面，但当流速进一步降低时，在极薄的液膜上再次产生波。这种较低的临界流量是由于马兰戈尼效应造成的。通过使用硅油的实验，我们能够验证两个临界流量的存在。 3、加热液膜流的紊流波在低流量侧波高较大，基础液膜厚度变得极薄。 4.如果流量略低于下临界流量，部分液膜会破裂。这被认为是因为波峰和波谷之间产生的马兰戈尼力对于减小波谷处的最小液膜厚度的作用比扰动波施加的液体输送作用更大。由此可见，马兰戈尼效应在加热液膜流中波的产生中发挥了作用，但我们将在未来进一步研究液膜的破裂机制。