[論文レビュー] Splashing of liquids: interplay of surrounding gas and surface roughness

Lei Xu, Loreto Barcos+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Fluid Dynamics and Heat Transfer被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、液体のドロップが飛沫する2つの異なるメカニズムを特定した。1つは周囲のガス圧によって引き起こされるコーナ・スプラッシュであり、もう1つは基板の表面粗さによって引き起こされるプロンプト・スプラッシュである。ドロップサイズ分布を用いて、両メカニズムにおけるドロップ飛散の背後にある長さスケールを明らかにし、飛沫の形態の物理的起源を明確にした。

ABSTRACT

We investigate two parameters, gas pressure and substrate roughness, that control the dynamics of splashing when a liquid drop hits a dry solid surface. We associate each of the two distinct forms of splash reported in the literature with one of these parameters: corona splashing is caused by instabilities produced by the pressure of the surrounding gas; prompt splashing is due to surface roughness. The size distribution of ejected droplets reveals the length scales of the underlying droplet-creation process in both cases.

研究の動機と目的

• 液体のドロップ衝突時に観察される2つの異なる飛沫形態の背後にある物理的メカニズムを理解すること。
• 周囲のガス圧と基板の表面粗さが飛沫ダイナミクスに果たす役割を分離すること。
• これらのパラメータが飛散ドロップのサイズ分布にどのように影響するかを特定すること。
• 観察されたドロップサイズ分布を、飛沫形成プロセスの背後にある長さスケールに結びつけること。

提案手法

• 飛沫形成に及ぼす影響を分離するために、環境ガス圧を体系的に変化させた。
• 表面粗さを制御した基板を用いて、その飛沫行動への影響を検討した。
• 高スピード撮影を用いて飛沫ダイナミクスを捉え、飛散ドロップのサイズ分布を測定した。
• ドロップサイズ分布の分析により、ドロップ生成プロセスの特徴的な長さスケールを推定した。
• ガス圧と表面粗さの条件を変化させた場合の飛沫形態を比較した。
• 時間的および形態的特徴に基づいて、飛沫をコーナ型とプロンプト型に分類した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周囲のガス圧は、コーナ・スプラッシュを誘発するために果たす役割は何か？
• RQ2 基板の表面粗さは、プロンプト・スプラッシュにどのように寄与するか？
• RQ3 各飛沫メカニズムにおけるドロップ飛散の特徴的な長さスケールは何か？
• RQ4 コーナ・スプラッシュとプロンプト・スプラッシュの間でドロップサイズ分布はどのように異なるか？
• RQ5 2つの飛沫タイプは、それぞれガス圧と表面粗さによって一意に起因するものと特定できるか？

主な発見

• コーナ・スプラッシュは、周囲のガス圧によって誘発される不安定性によって駆動される。
• プロンプト・スプラッシュは、基板の表面粗さによって引き起こされる。
• 飛散ドロップのサイズ分布は、飛沫メカニズムの背後にある長さスケールを反映している。
• コーナ・スプラッシュとプロンプト・スプラッシュでは、明確に異なるドロップサイズ分布が観察され、それらは異なる物理的プロセスを示している。
• ガス圧はコーナ・スプラッシュの発生を制御するが、表面粗さはプロンプト・スプラッシュのタイミングと形態を支配する。
• 本研究では、2つの飛沫タイプが物理的に異なるものであり、それぞれが別個の支配的パラメータに起因することを確認した。