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液滴壁衝突条件の分析モデルを構築

Michigan Technological Universityの研究グループが液滴壁衝突条件の分析モデルを構築しました。

本研究成果は、Journal of Industrial and Engineering Chemistry (2020)に掲載されています。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Zhai, Jiachen, et al. "An energy model of droplet impingement on an inclined wall under isothermal and non-isothermal environments." International Journal of Heat and Mass Transfer 156 (2020): 119892.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0017931020305287


噴霧壁の相互作用の研究は、燃焼機関の壁またはピストン表面への燃料の衝突中に発生する現象を理解する上で非常に重要です。


衝突した液滴の最大広がり長さは、スプレー壁相互作用の熱伝達とエネルギー変換の定量的推定を提供できることがわかります。

さらに、それは、空気燃料の混合と、燃焼条件での炭化水素と粒子の排出に影響を与えます。


このような背景から同研究グループは、詳細な衝突の動的プロセスを理解するために、さまざまな液滴壁衝突条件の分析モデルをβm(無次元最大拡散長、最大液滴長と初期液滴直径の比)の観点から調査しました。


評価した衝突の条件は、下記条件となります。

(a)異なる傾斜角度で壁に衝突する単一のディーゼル液滴

(b)冷たい壁への加熱された液滴の衝突、および加熱された壁への冷却された液滴の衝突。なお、壁への傾斜角度はそれぞれ0°に固定。


なお、解析モデルは、衝突前の運動エネルギー、重力エネルギー、表面エネルギー、および衝突後の粘性散逸、重力エネルギー、付着エネルギー、変形エネルギー、熱エネルギーを考慮したエネルギー保存に基づいて構築されます。

モデルを検証する実験として、傾斜した壁に衝突するディーゼル液滴の観察を、さまざまな傾斜角度(αが0°〜45°)および、ある範囲のウェーバー数(Weが33〜420)において実行しました。なお、傾斜角が0°の場合、液滴と壁の温度は25°Cから150°Cまで変化し、衝突後の特性の時間的変化に対する傾斜角と温度の影響を調査します。


分析モデルは、前述の実験的な操作点で検証および評価されます。


検証済みのモデルを使用して、壁に衝突する液滴の最大拡散長を予測できることを示しました。

それはさらに、毛管領域から速度論領域への遷移を決定するために利用され、次に、壁の異なる傾斜角度での粘性領域への遷移を決定すると考えられます。


#液滴 #衝突 #傾斜

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