自由液膜流の乱流遷移現象の解明とこれを応用した液体微粒化法の確立

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回転している円盤上を流れている液膜が,円盤周端より大気中に放出されてできる放射状自由液膜流れの乱流遷移を調べた。まず,円盤周端より下流に向かうにつれて変化する層流速度分布を数値解析し,液膜はねじれ型速度分布をもっめ流れることを明らかにした。次に,レーザ・ドップラー流速計により液膜内部の速度分布を測定し,数値解析の結果と一致することを確認した。さらに,高レイノルズ数流れにおいて,円盤周端のすぐ下流で急激な乱流遷移が生じることを液面性状の観察より明らかにした。また、遷移に先駆して液面に現れる錯乱波の波長,ねじれ角を明らかにした。現在,これらの遷移が,液面のせん断や気液の相互作用ではなく,液膜内部のねじれ型速度分布に起因して生じていることを明らかにするため,線形安定性理論を適用して調べている。上記の乱流遷移を応用した液体微粒化法の開発のため,拘束の液膜流れが得られる実験装置を製作し,遷移に伴って液体の微粒化が起こるか否かを調べた。その結果,遷移直後で液膜に穿孔が生じ,孔の中に,粒径20mum程度の微小液滴が飛翔していることを写真撮影して確認した。穿孔が生じる条件(円盤直径,液膜速度,液膜厚さなど)および穿孔のメカニズムについては今後の課題である。