Dynamic behavior of liquid mercury droplets colliding with a solid surface

水銀液滴の固体表面に対する衝突挙動

直江 崇   ; 二川 正敏  

Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi

水銀中で発生したキャビテーション気泡が崩壊する際に放出される液体マイクロジェットの挙動を評価するための基礎研究として、自由落下法により固体表面に衝突させた水及び水銀液滴の挙動を高速度撮影により詳細に観察した。水銀液滴では、衝突して円盤状に拡散した後、強い表面張力により衝突点に集まり上方にジャンプする挙動が観測された。また、水銀マイクロジェットの噴出角度が水銀流動条件で変化することを考慮して、液滴の衝突速度及び衝突角度を系統的に変化させて液滴直径に対する拡散する液滴の最大径の比、を測定した。その結果、は、液体の種類に依存せず衝突速度と表面張力で表されるウェーバー数で整理できることを明らかにした。

As a fundamental study to investigate the behavior of a liquid microjet emitted due to the cavitation bubble collapsing in mercury, dynamic behavior of liquid mercury and water droplets colliding with a solid surface were precisely examined. Liquid droplets were collided with a quartz plate by a free-fall method, and the colliding and spreading behaviors of the liquids were observed using a high-speed video camera. In the case of mercury droplet, the spreading, recoiling, and jump-up phenomena resulting from the high-surface tension of mercury were observed. The ratio of the maximum spreading diameter, , to the initial droplet diameter, , was investigated by parametrically changing the colliding velocity and tilt-angle of the quartz plate. The result showed that the was correlated well with the Weber number, which defined as a function of the colliding velocity and surface tension, regardless of the liquids.