気液界面の直接数値シミュレーションによる帯電を伴う遠心微粒化機構の解明

自動車塗装に用いられるベルカップは遠心力によって塗料を噴霧する．ベルエッジから射出された塗料は液糸を形成し，液糸の分裂によって液滴に至る．生成する液滴の粒径分布が仕上がり品質に影響を及ぼすものの，液滴生成過程の詳細は未解明である．本研究では，volume of fluid法に基づく数値解析によって微粒化機構を検討した．ベルカップを模擬した解析を行った．分散相は塗料，連続相は空気である．ベルカップの半径を35 mm，回転数を8 krpm，液体の供給量を300 ml/minとした．半径方向内側をベルカップの壁とし，3箇所の供給口から塗料を流入させた．周方向は1.8°あるいは2.45°の領域のみを扱い，境界を周期境界条件または空気の流入境界（上流側）と流出境界（下流側）の組み合わせとした．まず，液糸の形成過程を把握するため，ベルカップ近傍（半径方向35-48 mm）を解析した．解析の結果，エッジから射出された液糸は湾曲しつつ伸長した．周期境界条件の場合には全ての液糸がほぼ同じ飛跡を描いた．流入・流出境界条件の場合，下流側の液糸は周期境界条件の場合と同様の飛跡を描き，上流側の液糸はより大きく湾曲した．これは，上流側の液糸は気流に直接さらされるためであり，気液間相互作用が液糸の形成に影響を及ぼすことを示している．次に液糸の分裂過程を把握するため，より大きい領域（35-41 mm）を解析した．解析の結果，液糸の先端が振動し分裂に至った．分裂において，液糸先端の破断による液滴の生成，分裂によって生じた短い液糸のさらなる破断による液滴の生成，液糸の分裂による主滴と余滴の生成など複数のパターンがみられた．さらに，得られた粒径は20-150μmの幅を有する単峰性の分布となった．人工的な乱れを与えていないにも関わらず，流れ場の非線形性によって複数のパターンが現れ，粒径にばらつきが生じた．

自動車塗装に用いられるベルカップは遠心力によって塗料を噴霧する．ベルエッジから射出された塗料は液糸を形成し，液糸の分裂によって液滴に至る．生成する液滴の粒径分布が仕上がり品質に影響を及ぼすものの，液滴生成過程の詳細は未解明である．本研究では，volume of fluid法に基づく数値解析によって微粒化機構を検討した．ベルカップを模擬した解析を行った．分散相は塗料，連続相は空気である．ベルカップの半径を35 mm，回転数を8 krpm，液体の供給量を300 ml/minとした．半径方向内側をベルカップの壁とし，3箇所の供給口から塗料を流入させた．周方向は1.8°あるいは2.45°の領域のみを扱い，境界を周期境界条件または空気の流入境界（上流側）と流出境界（下流側）の組み合わせとした．まず，液糸の形成過程を把握するため，ベルカップ近傍（半径方向35-48 mm）を解析した．解析の結果，エッジから射出された液糸は湾曲しつつ伸長した．周期境界条件の場合には全ての液糸がほぼ同じ飛跡を描いた．流入・流出境界条件の場合，下流側の液糸は周期境界条件の場合と同様の飛跡を描き，上流側の液糸はより大きく湾曲した．これは，上流側の液糸は気流に直接さらされるためであり，気液間相互作用が液糸の形成に影響を及ぼすことを示している．次に液糸の分裂過程を把握するため，より大きい領域（35-41 mm）を解析した．解析の結果，液糸の先端が振動し分裂に至った．分裂において，液糸先端の破断による液滴の生成，分裂によって生じた短い液糸のさらなる破断による液滴の生成，液糸の分裂による主滴と余滴の生成など複数のパターンがみられた．さらに，得られた粒径は20-150μmの幅を有する単峰性の分布となった．人工的な乱れを与えていないにも関わらず，流れ場の非線形性によって複数のパターンが現れ，粒径にばらつきが生じた．