【粒子法】Vol.14 疎水-親水間輸送の検証

2021年03月18日

今回は、過去のメルマガで好評だった記事から「疎水-親水間輸送の検証」をご紹介致します。

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粒子法を用いた疎水-親水間輸送の検証をご紹介します。
疎水領域から親水領域への液滴の輸送は、浸水現象などで重要になってきます。

疎水領域から親水領域への液滴の輸送のように接触角に勾配があるような板の上を液滴が輸送する場合の理論値が一般的にわかっています。
粒子法を用いてこの理論値と比較検証を行いました。
具体的には疎水領域から浸水領域への液滴の輸送速度を比較しました。

実際に、粒子法を用いた解析でも、疎水領域から親水領域への液滴の輸送現象を再現することができました。

目的

疎水領域から親水領域への輸送現象を検証します。
輸送速度の理論値との比較を検証します。

解析形状

解析モデル

■　流体物性値

■　その他

■　解析ケース

■　結果
親水性側と疎水性側の接触角の差が大きくなると、輸送速度が大きくなります。

考察

■　輸送速度の理論値

■　シミュレーションと理論値の比較
輸送速度の理論値とシミュレーション値の比較
親水性側と疎水性側の接触角の差が大きくなると、輸送速度が大きくなる傾向は理論値とシミュレーション値で一致します。
親水性側と疎水性側の接触角の差が大きくなると、理論値との乖離が大きくなります。

S(x) の微分値 S' (x) を差分（疎水性側と親水性側の接触角に関する S(x) の差分）で近似して計算しています。
そのため、疎水性側と親水性側の接触角の差が大きくなると差分近似による誤差が大きく現れやすくなります。

まとめ

疎水領域から親水領域への輸送現象を調べました。
輸送速度の理論値との比較を調べました。

結果（定性的）
　親水性側と疎水性側の接触角の差が大きくなると、輸送速度が大きくなります。

結果（定量的）
　親水性側と疎水性側の接触角の差が大きくなると、輸送速度が大きくなる傾向は理論値とシミュレーション値で一致します。
　親水性側と疎水性側の接触角の差が大きくなると、理論値との乖離が大きくなります。

参考文献

[1] ドゥジェンヌ、ブローシャール-ヴィアール、ケレ著、表面張力の物理学、吉岡書店

[原文：ひっつきもっつき　転載：R.Taniguchi]

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