複雑界面における蒸発液滴の包括的移動現象解析ツールの開発

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本研究では複雑流路内の気液二相流解析に適した手法である二相系格子ボルツマン法に対して，蒸発の影響を実装した．蒸発現象を解析可能な二相系格子ボルツマン法を開発した例は過去に報告されているが，従来手法では液相の蒸発速度を過剰に見積もる問題が報告されていた．本研究では，この問題の原因が格子ボルツマン法の時間発展方程式に含まれる誤差項にあると考え，誤差項を打ち消すための項を付加することでこの問題を解決した．加えて，相の移流拡散方程式として二階の偏微分方程式である保存形Allen-Cahn方程式を用いることで，従来手法で用いられるCahn-Hilliard方程式（四階偏微分方程式）を解くよりも低コストかつ安定的に高密度比解析が可能となった．また，本手法を平板上三次元蒸発液滴に適用し，親液性表面において液滴の接触線付近の蒸発速度が高くなる現象を再現することができた．以上の結果をPhysical Review Eに発表した．次に，温度場の影響を実装した二相系格子ボルツマン法の開発に着手した．しかしながら気液界面が変形・移動する解析において，界面付近で非物理的な温度分布が現れることがわかった．そこで本研究では温度分布を考慮した二相流解析の足掛かりとして，液相粘度の異なる複数の等温場解析を行うことで，温度場が液の濡れ広がりに及ぼす影響を疑似的に調査した．解析対象として水平角柱群への液の流下現象を選択し，液相粘度と角柱間隔が角柱表面の濡れ面積に及ぼす影響について調査した．その結果，レイノルズ数の平方根と角柱間隔の積を用いて濡れ面積を整理することで，統一的な傾向を見出すことができた．単層の角柱群の結果を混相流シンポジウムにて発表し，混相流学会誌「混相流」の精選論文特集号に選ばれた．また複層の角柱群の結果をICCHMTにて発表し，EntropyのSelected paperとして発表した．