Investigation of the droplet inner flow induced by adjacent droplet evaporation

相邻液滴蒸发引起的液滴内流研究

• 批准号: 21K03898
• 负责人: 山田 寛
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03898/
• 关键词: 液滴蒸発; 液滴内部対流; 有機溶媒; 液滴振動; 赤外線カメラ; 対流; 温度分布

本研究は，近接液滴の蒸発時に見られる液滴内部対流を詳細に把握することを目標としている．令和4年度は，接触角90°の2つの液滴中心間の間隔を変化させた場合における水蒸気濃度や温度分布の数値解析を行うとともに，超はっ水基板上に置かれた水滴に有機溶媒の液滴を近接させた場合における水滴の挙動と水滴内部の対流を評価した．有限体積法を用いて液滴間隔を変化させた際の液滴周りの状態を数値的に求めた．液滴間隔が狭くなることで近接側における蒸発が抑制され，蒸発流束が大きく低下することがわかった．加えて，蒸発が抑制されることで潜熱の輸送量が低下し，液滴の中で最も温度が低い位置が遠方側に移動することが示された．水と混和する液体および水への溶解量が20g/L以下の液体を有機溶媒として用い，超はっ水面上におかれた水滴に隣接するように滴下した．有機溶媒の水への溶解度に関わらず，水滴が振動する様子が確認されたため，この振動が発生する条件を実験的に検討した．その結果，水と比較して蒸気圧の高いアセトンやジクロロメタンでは振動が確認されたものの，蒸気圧の低い液体では確認されなかった．また，液滴の中心軸が左右に揺れる振動が見られることがわかった．この振動の原因として，マランゴニ効果による力が考えられる．振動が確認された有機溶媒の表面張力はいずれも30mN/m以下であり，水の72mN/mと比較して小さい．そのため，蒸発した有機溶媒の分子が水滴内に溶解または水滴表面に付着することで局所的な表面張力の低下を引き起こすことで振動が駆動されたものと考えられる．このことは有機溶媒と水滴の距離を変化させた実験からも推察することができた．有機溶媒と水滴の間隔を3mm程度としたときの水滴内部の対流は10mm/s程度と得られ，液滴蒸発による自然対流と比較して1000倍程度早くなることがわかったが，一様な流れ場は観察されなかった．

This study は, close to the droplet の steamed 発 に see ら れ る droplet internal flow seaborne を detailed に grasp す る こ と を target と し て い る. Make annual は and 4, contact Angle 90 ° の 2 つ の を の interval between droplet center - the さ せ た occasions に お け る water steam の 気 concentration や temperature distribution line the numerical analytical を う と と も に, super は っ water-based board に buy か れ た droplets に organic solvent の droplet を nearly meet さ せ た occasions に お け る droplets の 挙 dynamic internal の と water droplets flow を evaluation of seaborne 価 し た. The finite volume method を uses the させた て droplet interval を to change the に value of the <s:1> state of the <s:1> droplet around the させた time to find the めた. Droplet interval が narrow く な る こ と で nearly meet side に お け る steamed 発 が inhibit さ れ, steamed 発 large beam が き く low す る こ と が わ か っ た. Add え て, steamed 発 が inhibit さ れ る こ と で latent の low throughput が し, droplet の で the most low temperature が も い position が far side に mobile す る こ と が shown さ れ た. Water と mixed す る liquid お よ び water へ の dissolved quantity が を の liquid organic solvent under 20 g/L と し て い, super は っ surface に お か れ た droplets に 隣 meet す る よ う に drop し た. Organic solvent の water へ の solubility に masato わ ら ず, water droplets が vibration す る others child が confirm さ れ た た め, こ の vibration が 発 raw す を る conditions be of 験 に beg し 検 た. そ の as a result, the water to と し て steamed 気 圧 の high い ア セ ト ン や ジ ク ロ ロ メ タ ン で は vibration が confirm さ れ た も の の, steamed 気 圧 の low い liquid で は confirm さ れ な か っ た. Youdaoplaceholder0, droplet <s:1> central axis が left and right に shaken れる vibration が see られる とがわ とがわ った った った った った った った The cause of the <s:1> vibration <e:1> is と と て, and the effect is ラ, ラ, ゴニ. The による force が is えられる. Vibration が confirm さ れ た organic solvent の surface tension は い ず れ も below 30 mn/m で あ り, water の 72 mn/m と compare し て small さ い. そ の た め, steamed 発 し た organic solvent molecular が の droplets に ま dissolved in た は に pay the water surface す る こ と で bureau な の is low surface tension を lead き up こ す こ と で vibration が 駆 dynamic さ れ た も の と exam え ら れ る. <s:1> と と organic solvent と water droplet <e:1> distance を change させた experiment する ら <s:1> observation する とがで た た た Organic solvent と droplets の を 3 mm degree between と し た と き の internal の droplets flow seaborne は 10 mm/s degree と ら れ, droplets evaporate 発 に よ る natural flow seaborne と compare し て 1000 times degree early く な る こ と が わ か っ た が, a others な れ field は 観 examine さ れ な か っ た.

项目成果

岡山大学工学部伝熱工学研究室HP

冈山大学工学部传热工学研究室 HP

有機溶媒の蒸気に誘起される超撥水面上水液滴の挙動

有机溶剂蒸气诱导的超疏水表面上水滴的行为

• 发表时间: 2022
• 作者: EY Chen;CA Browne;SJ Haward;AQ Shen;SS Datta;水戸大夢，山田寛，磯部和真，堀部明彦
• 通讯作者: 水戸大夢，山田寛，磯部和真，堀部明彦

近接する2液滴の蒸発挙動と接触角が与える影響

两个邻近液滴的蒸发行为及接触角的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Shion Ando;Kei Shimada;Daijiro Eto;Osamu Moriue;山田寛，磯部和真，堀部明彦
• 通讯作者: 山田寛，磯部和真，堀部明彦

近接する2液滴周囲の水蒸気濃度が蒸発に与える影響

两个相邻液滴周围的水蒸气浓度对蒸发的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 三浦美理;青木瑞葵;山根祥太;植田達実;高橋和夫;山田寛，宮下翼，磯部和真，堀部明彦
• 通讯作者: 山田寛，宮下翼，磯部和真，堀部明彦