Numerical simulation of droplet dynamics using level set method

レベルセット法を用いた液滴ダイナミックスの数値シミュレーション

渡辺 正

Watanabe, Tadashi

浮遊液滴は、容器壁の影響を受けないため、高温の溶融金属の物性測定に利用される。粘性は、液滴の径方向の振動の減衰から、また表面張力は、振動数から線形理論に基づき求められることが多い。本報告では、液滴の3次元振動挙動を数値シミュレーションにより求め、液滴の径方向の振動数と減衰挙動を調べた。シミュレーションには、ナビエストークス方程式と液滴界面位置の輸送方程式を連立させて解くレベルセット法を用い、液滴形状として球面調和関数による変形を与えた。2次元計算と3次元計算の結果を比較したところ、最低次の変形に対しては、振動数に差が出るものの、減衰については、いずれも線形理論と一致した。2次元計算については、3次の変形に対しては減衰が過小に計算され、また、4次の変形では不規則に振動する現象が見られ、高次のモードに対しては2次元計算では不十分であることがわかった。また、変形振動の周波数は、変形振幅が大きくなるほど低下するが、低下の度合いは、振幅が大きくなるほど理論値よりも小さいことが示された。これにより、変形の振幅が液滴径の30%を超えると非線形性が顕著になるため注意が必要であることを明らかにした。

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