ソノケミストリーにおける非球形気泡のマルチスケールフィジックスに関する研究
| Project/Area Number |
13J02710
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Fluid engineering
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
神保 佳典 北海道大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2015)
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| Budget Amount *help |
¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | キャビテーション / 気泡 / ソノケミストリー / 数値流体力学 / 中空液滴 / 非平衡相変化 / 非凝縮性気体 / Diffuse interface model / 液滴衝突 / 気体論境界条件 / 流体工学 / 溶解・析出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．申請研究におけるミクロ的な観点の数値計算として，気泡の非球形崩壊が，ラジカルなどの気泡内物質（化学反応に重要となる）の液体中への流出量に及ぼす影響を調べる目的で，気液界面における非平衡相変化とその界面を通過する非凝縮性気体の拡散とを同時に考慮した非球形気泡崩壊の直接数値計算を行った．前年度までに構築した分子気体力学に基づく気液界面境界条件を満たし得るGhost fluid法を，軸対称二次元計算に適用できるように拡張した．気泡が非球形に崩壊する際に，液体ジェットが気泡界面に形成され，それが気泡を貫通し，それにより渦流れ場が形成され，界面に微細な構造が形成される過程が計算されるとともに，その界面から次第に流出する気泡内物質（非凝縮性気体）が確認された．また，熱的な物質分解機構の解明に重要と考えられる気泡崩壊時に発生する高温とその周囲液体への伝導について論文にまとめた．
２．ミクロ的な観点の数値計算手法の検証実験・計算として，低圧環境下での液滴の固体壁面への高速衝突現象を実験ならびに数値計算にて調べた．低圧環境下で液滴内部に発生した気泡が，液滴の固体壁面への衝突時に発生する圧力変動により非球形に潰される．数値計算により得られた液滴内部での気泡の非球形崩壊過程は実験結果とおおむね一致した．また，液滴が固体壁に高速衝突することで衝突部近傍に形成される気相流れ場を実験ならびに数値計算により詳細に調べた．
３．申請研究におけるメゾ的な観点の数値計算手法（流体に加わる力学的作用等に起因して生成崩壊する気泡を扱う）の基本となる数値計算手法を構築した．二相間での相変化を考慮する際に重要となる二相間での熱交換を考慮した圧縮性二相流の偏微分方程式系を，Kapila’s five-equation modelを拡張することにより導出した．さらには，その方程式系を数値的に解く手法も構築した．
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Observation of Water-Droplet Impacts with Velocities of O(10 m/s) and Subsequent Flow Field2015
Author(s)
Y., Tatekura, T., Fujikawa, Y., Jinbo, T., Sanada, K., Kobayashi and M., Watanabe
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Journal Title
ECS Journal of Solid State Science and Technology
Volume: 4
Issue: 9
Pages: N117-N123
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Numerical Analysis of Bubble Dynamics with Vapor－Liquid Boundary Conditions Derived from Molecular Gas Dynamics2016
Author(s)
S., Morikawa, Y., Jinbo, Y., Tatekura, K., Kobayashi, M., Watanabe, H., Fujii and K., Sasaki
Organizer
International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2016)
Place of Presentation
Firenze Fiera, Palazzo dei Congressi, (Firenze, Italy)
Year and Date
2016-05-22
Related Report
Int'l Joint Research
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