高速回転場における気液二相流解析による非線形ミクロ流動機構の解明

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自動車工業塗装などに用いられる高速回転ベルカップ噴霧塗装機において,ベルカップ近傍では,供給された塗料がベルカップ上において遠心力により液膜を形成し,ベルカップ周縁で液膜のままもしくは液糸となり,液滴となる微粒化プロセスである.本研究では,そのプロセスの現象を解明することを目的に,ベルカップ表面上の流動現象に対して,界面追跡法としてVOF(volume of fluid)法を用いて解析を実施する.前年度の検討において高速化を検討したVOF法を用いて解析を行った.解析対象は,フラットなベルカップを模擬し,液体供給口を設けスリット状になっていると仮定した.座標系は二次元円筒座標系を用い,半径方向10mmから14mmまで,高さ方向0.4mmの解析領域を格子サイズ約10μmで分割した.液体供給口から液体として水を流入させ,空気と遠心力の作用により液体の挙動がどのように変化するのかを解析する.前年度の解析では,操作条件として回転数の影響について検討した.今年度の解析では,操作条件としての液体供給流量のほかに塗料物性として液体の粘度および表面張力を変化させ,その影響について議論する.供給量を変化させた場合,供給量に応じて液膜厚さが厚くなることを示した.しかしながら,回転数を変えた場合に供給流量の差の影響は小さく,回転数により液膜厚さが支配されることがわかった.また,塗料物性として粘度を変化させた場合,液膜の厚さが粘度の増加により厚くなることがわかった.表面張力を変化させた場合には,その影響はほとんどなく,表面張力の影響が遠心力による液膜形成にほとんど影響を及ぼさないことがわかった.以上より,微粒化に及ぼす影響因子として,操作条件であれば回転数,塗料物性であれば粘度の影響が最も高いことがわかった.