Indian Institute of Technology MadraとCurtin Universityの研究グループが、加熱面に衝突する液滴の広がりと熱伝導に関して調査しました。
この研究成果は、Experimental Thermal and Fluid Science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：
Guggilla, Ganesh, Ramesh Narayanaswamy, and Arvind Pattamatta. "An experimental investigation into the spread and heat transfer dynamics of a train of two concentric impinging droplets over a heated surface." Experimental Thermal and Fluid Science (2019): 109916.
さまざまな自然および産業プロセスでは、表面と液滴の相互作用に関する知識が必要です。これらの液滴システムの基礎となる物理学は複雑であり、過去数十年で多くの実験的および数値的調査が行われてきました。インクジェット印刷、スプレーコーティング、タブレットカプセル化などのアプリケーションでは、断熱（非加熱）表面での液滴力学の研究が必要です。加熱された壁との液滴の相互作用は、金属焼入れ、スプレー冷却、内燃機関における燃料と空気の相互作用、発電所のエンジニアリング、冷凍などのプロセスで関心のあるトピックです。
過去、多くの研究がなされてきましたが、これまでの研究から複数の液滴衝突に関与する衝撃力学と熱伝達メカニズムは完全にはわかっていません。
そのため、液滴衝突のさまざまな構成と、異なる沸騰領域の加熱面での干渉を評価する必要があります。
このような背景から同グループは、加熱された薄膜面に連続的に衝突する2つの液滴の広範な研究を実施しました。
本研究では、高速イメージングと赤外線サーモグラフィを使用して、1滴のドロップと熱伝達のダイナミックスを比較しています。ミリサイズの脱イオン水滴が加熱されたインコネル表面（厚さ25 m）に衝突する様子を各ウェーバー数、レイノルズ数条件において評価しました。
液滴と表面の相互作用に関連付けられた温度と熱流束の分布が取得され、広がり径、液滴入力熱伝達、動的接触角、および表面平均温度に関して測定しています。
本研究で調査したすべての温度で、液滴上に液滴を滴下するドロップオンドロップ衝突における液滴熱伝達の低下が観察されました。これは、初期液滴による表面の事前冷却と、表面積と体積の比の減少、つまり、広がり膜厚の増加によるものと考えられます。特に液滴の後退段階では、三相接触線領域の周囲で高い熱伝達率が観察されたとのことです。
最大拡散係数と液滴への対応する入力熱伝達を予測する理論モデルは、今回の実験観察結果とよく一致していることを確認したとのことです。