JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
63887000.pdf1.35 MB
title液糸からの液滴分裂における伝播性表面張力波の作用の解明に関する数値解析
Other TitleA numerical study on the role of propagative capillary waves in droplet formation from a ligament
Author(jpn)新城 淳史; 松山 新吾; 溝渕 泰寛; 小川 哲; 梅村 章
Author(eng)Shinjo, Junji; Matsuyama, Shingo; Mizobuchi, Yasuhiro; Ogawa, Satoru; Umemura, Akira
Author Affiliation(jpn)宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 名古屋大学 大学院工学研究科
Author Affiliation(eng)Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Nagoya University Graduate School of Engineering
Issue Date2008-02-29
PublisherJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
宇宙航空研究開発機構
Publication date2008-02-29
Languagejpn
AbstractA novel understanding of droplet formation mechanism from a ligament is presented. In the scaled-up microgravity experiment, it is observed that droplets are always created at the ligament tip at a shorter wavelength than that of Rayleigh's analysis. In the new theoretical analysis by Umemura, the role of capillary waves from the tip is considered and it is shown that destabilization of these waves lead to pinch-off from the tip. In this report, a numerical study on this phenomenon is conducted to investigate the effects of ligament tip and internal liquid flow. It is shown that there is a short-wave self-sustained cycle of droplet breakup that is driven by the capillary force at the tip. Liquid jet elongation due to gas flow creates internal liquid flow and this modifies the characteristics of each region of the liquid column. This type of breakup mechanism is different from Rayleigh's analysis. After a certain time, however, the liquid column length no longer increases and converges to an average value. At the same time with this change, longer waves appear on the liquid surface upstream of the tip. The wavelength corresponds to Rayleigh's most unstable wave. It is observed that small-wavelength waves that have higher propagation speed have reached the nozzle exit and reflected. As the liquid column becomes longer, these perturbations have come to get enough time to grow to Rayleigh's wave. Thus, the liquid breakup phenomenon from the tip is not a single phenomenon, but a combination of two mechanisms. This study gives a new insight into liquid atomization mechanism.
本研究では、液糸からの液滴生成過程についての数値解析を実施し、これまでとは異なる理解を得るに至った結果を報告する。物性値を適正に取ることによってスケールアップされた微小重力実験では、端面でレーリー解析から予測されるよりも短い波長での分断が観察された。梅村らの提唱する理論では、端面からの伝播性表面張力波の役割が考慮され、これらの波の不安定化によって分断が引き起こされることが示されている。ここでは、端面と内部流れの影響をより詳しく見るために対応する数値計算を行う。その結果、端面からの表面張力波によって短波長の分断が引き起こされていることが示された。気体による液柱の伸張も分断を促進する方向に働き、レーリーのモードとは異なる分断を起こしている。また、一定時間経過後に液柱長さが長くなったときに、今度は長波長のレーリーモードが出現する。これは短波長の伝播速度の速い表面張力波が表面を遡り、ノズル出口で反射されて不安定化することによって出現するモードである。このように、液滴分断は2つのモードが関係していることが分かったが、いずれも端面からの表面張力波によって駆動されており、液滴分断に新しい理解を与える結果となった。
DescriptionJAXA Research and Development Report
宇宙航空研究開発機構研究開発報告
Keywordsliquid thread; liquid drop; liquid atomization; microgravity; jet flow; surface wave; interfacial tension; flow stability; Rayleigh wave; 液糸; 液滴; 液体微粒化; 微小重力; 噴流; 表面波; 界面張力; 流れの安定性; レイリー波
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発報告
ISSN1349-1113
SHI-NOAA0063887000
Report NoJAXA-RR-07-041
URIhttps://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/33822


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