Isfahan University of Technologyの研究グループが、エレクトロスプレーにおける粘弾性流体の影響を調査しました。
この研究成果は、arXiv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：
Panahi, Amirreza, Ahmadreza Pishevar, and Mohammadreza Tavakoli. "Experimental and Numerical Investigation of Electrohydrodynamic Modes of Viscoelastic Polymeric Solutions." arXiv preprint arXiv:1911.04730 (2019).
電気流体力学（EHD）現象は、過去数十年にわたって注目を集めています。
EHD現象の一つであるエレクトロスプレーは、周囲空気中に単分散液滴の連続ストリームを生成する方法です。
これは、連続した液滴の流れを噴射しているノズルと、ノズルの真下に配置された基板との間の電位差を変化させることによって実現されます。
様々な液を使用できるエレクトロスプレー法において粘弾性を有する液を用いた場合、独特で興味深い現象が発生することが知られています。
このような背景から、同研究グループは、EHDのモード遷移における粘弾性の役割を調べました。
ノズルと収集基板の間に印加される電位を調整することにより、さまざまな電気流体力学（EHD）モードを高速度カメラで撮影しました。
次に、滴下モードでの液滴サイズとジェットモードでのジェットプロファイルに対する動作パラメータの影響を調査しました。
各粘弾性のEHDモードを無次元の動作マップに分類することによって、溶液の濃度または流量を増加により弦構造上の滴下モードおよびビーズの範囲が縮小し、ジェットがより広い範囲の電気毛細管数で安定することがわかりました。
さらに、脱イオン（DI）水とは異なり、印加電圧が上昇すると、ジェットがノズルの外面にくっつくスティックジェットモードが観察され、ジェットの漸近的な厚さが低下します。
さらに本研究では、帯電した粘弾性ジェットの挙動をシミュレートするために、いくつかの数値シミュレーションを実施しました。最初に、帯電したDI水ジェットをシミュレートし、得られたジェットプロファイルを実験データと比較しました。
その後、提案されたアルゴリズムを使用して、粘弾性帯電ジェットをシミュレートし、ジェットプロファイルに対するワイセンベルグ数（Wi）の影響を調べました。
実験結果と一致して、溶液の濃度を上げることにより、ノズルから短い距離でジェットの漸近プロファイルに到達しますが、ジェットの最終厚さはわずかに減少することを確認しました。