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ミクロンスケールの液滴衝突のモデル化


University of Bonnのグループが、ミクロンスケールの液滴衝突のモデル化を行いました。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Griebel, M., and M. Klitz. "Simulation of micron-scale drop impact." (2018).

https://ins.uni-bonn.de/media/public/publication-media/INSPreprint1811.pdf


液滴衝突の数値シミュレーションは、膨大な種類の産業プロセスにとって重要であるにも関わらず、高価で時間がかかるという課題があります。

特にこれらのシミュレーションにおいて、動的接触角が重要なパラメータであるものの、その挙動のモデル化はこれまでほとんど理解されていませんでした。


「接触線の問題」の全体的な物理的コンテキストを考慮する数少ないモデルの1つは、Shikhmurzaevの界面形成モデルです。


NaSt3DGPFシミュレーションイメージ図(University of Bonn HPより)

今回の同グループの研究では、Shikhmurzaevの界面形成モデルの漸近バージョンと3次元非圧縮2相Navier-Stokesソルバを結合しました。さらに、単純な一定の接触角アプローチを採用してシミュレーションを行っています。


その結果、様々な濡れ特性を有する基材へのミクロンスケールの液滴衝突に関する実験の結果とシミュれーそん結果が非常によく似ていることを確認しました。


シミュレーションによって得られた液滴直径および液滴高さは実験測定値に非常に近く、用いた界面形成モデルの漸近バージョンは動的接触角がシミュレーション全体の平衡値に固定された一定角度アプローチより明らかに優れています。

これまでのところ、この研究によって得られた結果は、接触線の問題を取り巻く他のアプローチよりも大幅に改善されています。



今回の研究によって、自由界面の処理のためのCLSVOF法(Coupled Level Set and Volume of Fluid Method)と組み合わせた漸近式の界面形成モデルは、液滴衝突シミュレーションにおける動的接触角計算のための高品質かつ容易に適応可能なツールであることが確認されたとのことです。




#液滴 #衝突



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