プラズマ溶射における衝突液滴挙動の数値モデルの構築

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1.プラズマ溶射の作動条件に合わせたレイノルズ数やウェーバー数で、2〜3mm径の錫溶融液滴を2〜4m/sで基板に落下衝突させる実験装置を試作した。特に、0.4mm径のオリフィスを有する特別構造の加熱ノズルを製作し、一様な径の液滴生成も可能とした。ついで、コンピュータを援用した衝突液滴可視化解析システムにより、滑らかな基板上での水膜の拡がりおよびぬれの影響に関するデータを詳細に解析した。本人が提唱したプラズマ溶射における衝突液滴挙動の数値モデルの妥当性を自らの実験結果による検証のほか、特に世界的に未解明な衝突の初期段階での液滴の複雑変形モデルの構築へとブレークスルーし、計算と実験の融合化手法により、滑らかな基板上で衝突液滴挙動に関して現実強化モデルの構築の体系化を行った。2.幾何学的に秩序性があり、ミクロスケールの矩形表面粗さを有する基板上での衝突水滴挙動も実験的に明らかにした。衝突水滴の挙動は、粗さ表面上での液膜の拡がりとミクロスケールの溝流路では、ジェット状流れを同時に生じた。特に高We数の水滴では、溝流路でのジェット状流動が支配的で、低We数の水滴に対しては、粗さ表面上の液膜状流動が支配的である。なお、溝内の流動は、高We液滴に対する滑面基板の場合と同様である。一方、粗さ表面上での拡がり径は、滑面の場合よりは小さい。また、拡がる水膜の外縁からは、小さな液体ジェットにより飛沫を生じ、滑面で観察される指状飛沫とは異なる特性を示した。同様に高粘度のグリセリン液滴の場合の拡がり特性に関する追試を行った。