微小重力場を利用した自由燃料液滴の蒸発に関する研究

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自由液滴生成装置の製作および微小重力場での燃料液滴蒸発実験を行った.微小重力場の実現には,本大学の施設である落下塔(微小重力時間約1.2秒)を利用した.落下カプセルは二重構造とし,内カプセルは外カプセルと接触することなく相対運動ができるようにした.カプセル落下時の空気抵抗は外カプセルが受けることになるので,内カプセルは外カプセルとの相対速度分の空気抵抗しか受けず,質の高い微小重力場が得られた.液滴監視用にCCDカメラを,液滴生成部および高温部にそれぞれ一台取り付けた.画像データはカプセルに搭載したビデオテープレコーダにより記録した.自由液滴生成装置は,燃料の急速加熱による突沸現象を利用し,燃料液滴を鉛直上向きに打ち上げる装置とした.外径0.4mm,内径0.24mmのステンレスチューブに液体燃料を充填し,ステンレスチューブに3A程度の電流を通電することによってジュール熱を発生させ,燃料を突沸させた.突沸時に発生する圧力より,ステンレスチューブの先端に取り付けられた燃料充填部の燃料が液滴となって打ち上げられる仕組みである.液滴の軌道と速度を確認するため,光センサを2つ取り付けた.2つのセンサを決められた時刻に液滴が通過した場合,落下カプセルから落下塔に対し,液滴が放物軌軌道の頂点に達する時刻に落下開始命令を発信するような自立システムを開発した.これにより,高い確率でほぼ静止した自由液滴を生成させることに成功した.しかしながら,工作精度や自立システムのパラメータ選定の問題から,液滴の速度を20mm/s以下にすることはできなかった.また,ヒ-タの能力不足により,1s程度で1mm程度の液滴を蒸発させるのに十分な高温場を実現することができず,自由液滴の蒸発挙動を観察することはできなかった.