液滴を介して粒子が衝突する際の粒子付着現象の解明

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造粒操作の凝集体形成過程において最も基礎的な素過程である「液滴を介して粒子が衝突する際の粒子付着現象」を科学的に解明することは積年の研究課題となっている。本研究では、数値シミュレーションを用いて、本粒子付着現象に対する支配因子の作用機構を明らかにすることを目的とした。特に、付着現象に関わる因子の中から接触角、液滴径、衝突角度に着目した。2粒子間の衝突・付着現象において、各因子が粒子付着現象に及ぼす影響を解析するとともに、そのメカニズムの解明を試みた。本年度は、液滴径および衝突角度が粒子付着現象に及ぼす影響を解析した。まず、液滴径の影響の検討では、液滴体積一定の元で液滴径を変化させた。本検討では、複数の液架橋が同時に形成されるように2粒子に対して対称に液滴を配置し、種々の相対衝突速度で法線方向に衝突させた。ここでは、液滴径が付着・分離の境界速度である臨界衝突速度に及ぼす影響を解析した。その結果、液滴径の減少に伴って臨界衝突速度は増加した。これは、造粒操作の初期段階における造粒物成長速度と一致することを確認した。次に、衝突角度が粒子付着現象に及ぼす影響を解析した。ここでは、本研究で構築したシミュレーションモデルから得られた結果と既存のモデルから得られる静的液架橋力を外力として考慮した場合の粒子の運動挙動を比較した。本検討では、片方の粒子にのみ液滴を付着させ、その液滴に対してもう一方の粒子を種々の衝突角度で衝突させた。その結果、両者における粒子の運動挙動は、特に液滴に対して斜め方向から衝突する場合に大きく異なった。粒子の回転運動には、液架橋の接線方向への変形が大きく寄与すること、また、動的な液架橋による粒子付着現象を正確にモデリングするためには液架橋が粒子表面に対して滑らない挙動を考慮することが必要であることを示した。以上の成果を論文として発表した。