熱力学と触媒のジャーナル
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概要

液体中の固体表面上に固定された単一気泡（液滴）の挙動に対する低重力および微小重力条件の影響の調査

マイケル・ショイケドブロッド

低重力および微小重力条件下での気泡（液滴）挙動の研究は、航空機や宇宙ベースのガス液体管理システムの概念設計に使用できます。固体表面上に固定された気泡（液滴）挙動に対する重力および微小重力条件の変化の影響を考慮することは非常に重要です。この影響は他の外力作用よりも強くなる可能性があるためです。本研究の主な目的は、液体中の固体表面上に固定された単一の気泡（液滴）挙動に対する低重力および微小重力条件の影響を調査することです。低重力および微小重力条件下で液体中の固体表面上に固定された気泡（液滴）の挙動をモデル化するための新しい数学的手法が開発されました。これらの手法は、低重力、高重力、および微小重力条件下での気泡（液滴）プロファイル挙動のモデル化と、それらの共通表面エネルギー変化の計算に使用されています。このモデルは、これらの条件下で気泡（液滴）が固体表面から剥がれ、固体表面上に固定される条件を推定するためにも使用されています。開発されたモデルの数値計算により、重力が減少すると、気泡（液滴）が液体中の固体表面に「持ち上げられ」、その共通表面エネルギーは自由であることが立証されました。体積（例）1.9～2.2 cm3の気泡は固体表面から引き剥がされ、その自由エネルギーは上部から液体の底部への気泡のジャンプの運動エネルギーに変換されます。体積2.3～2.8 cm3の気泡は固体表面に固定され、その自由エネルギーは固体表面での気泡の振動に費やされます。重力が増加すると、気泡（液滴）は液体中の固体表面に「置かれ」、共通表面エネルギーは自由ではなく、固体表面での気泡（液滴）の振動に費やされます。

開発されたモデルの理論的結論と数値計算は、実施された放物線航空機テストで証明されました。テストでは、開発されたモデルが、低重力および微小重力条件下での気泡と液滴のプロファイルの挙動、それらの共通表面エネルギー変化、および固体表面からの剥離と固定の状態を正しくシミュレートできることが証明されました。モデルのコンピューター技術は、微小重力条件 (g=0) でのさまざまな外力の影響を考慮した場合、それらの影響下での気泡と液滴の挙動をシミュレートできます。さらに、開発されたモデルを使用すると、表面張力と凝集角 (無極性反応作用) の制御された変化によって、微小重力での気泡と液滴の挙動を制御できます。