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レーザー誘起マイクロ水ジェットの特性解明とその医療応用に関する基礎研究

Research Project

Project/Area Number 18760118
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

孫 明宇  Tohoku University, 学際科学国際高等研究センター, 准教授 (00311556)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Keywords圧縮性二相流 / 多重スケール / 気泡 / 衝撃波 / 水ジェット / レーザー / 数値解析 / 相変化
Research Abstract

レーザー照射でのアブレーションによる気泡発生にはJansenらが提案したPartial vaporizationモデルを採用する。液相の圧力と密度は以下のTait型の状態方程式に従い、気相は理想気体と仮定した。また、表面張力は考慮していない。この極端環境下の二相現象を精確に解析するため、本研究課題の研究目的にあたる新しい圧縮性二相流モデルを提案した。保存則及びPositivityを精確に維持し、リーマン問題を取り組むことに成功した。さらに、今回提案した計算モデルは膨張気泡のような多重スケールの混相流現象を粗い格子で再現でき、二次元の現象において従来の解法より数十倍の計算時間を短縮できた。
今回開発した計算コードを用い、レーザー照射後の気泡発生過程を調べた。気泡は初め急速に膨張し、その後ゆっくりと膨張していくことが確認した。これに伴い管端からはジェットと渦輪が発生している。渦輪は時間の経過とともに拡散していくことが解明した。気泡進展の初期速度は3.5m/sであり、昨年度の実験値13.4m/sに比べ小さい。レーザーパルス幅が長い場合、レーザーが気泡の内部を進行し、気化面が進展を伴いながら、気泡の体積が増加し続けると考えられ、この計算では単一気泡の膨張のみを考慮しているため、気泡進展速度が実験よりも小さい値になったと推定できる。また、気泡発生から250[μs]後、気泡は毛細管内を膨張・進展し、管端から飛び出している。気泡形状は毛細管に沿った円筒状の形状ではなく、いびつな回転楕円形をしている。表面張力は考慮していないため、計算格子が粗い場合、気泡形状は格子に依存することを判明。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2008 2007 2006 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] The effect of an unsteady drag force on the structure of a non-equilibrium region behind a shock wave in a gas-particle mixture2007

    • Author(s)
      Saito T, Saba M, Sun M
    • Journal Title

      Shock Waves 17

      Pages: 255-262

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High speed jet formation by impact acceleration method2007

    • Author(s)
      Matthujak, A, Hosseini, SHR, Takayama, K, Sun, M
    • Journal Title

      Shock Waves 16

      Pages: 405-419

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Drag reduction by controlled base flow separation2006

    • Author(s)
      Menezes V, Takayama K, Sun M
    • Journal Title

      JOURNAL OF AIRCRAFT 43・5

      Pages: 1558-1561

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  • [Journal Article] A study of hypervelocity impact on cryogenic materials2006

    • Author(s)
      Ohtani K, Numata D, Kikuchi T, Sun M
    • Journal Title

      INTERNATIONAL JOURNAL OF IMPACT ENGINEERING 33

      Pages: 555-565

    • Related Report
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  • [Presentation] レーザー誘起液体ジェットの数値計算2008

    • Author(s)
      菊池崇将、孫明宇
    • Organizer
      平成19年度衝撃波シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京・目黒
    • Year and Date
      2008-03-17
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    • Author(s)
      菊池大、孫明宇
    • Organizer
      第21回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京・目黒
    • Year and Date
      2007-12-19
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      Sun M.
    • Organizer
      26th International Symposium on Shock Waves
    • Place of Presentation
      ドイツ・ゲチンゲン
    • Year and Date
      2007-07-15
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  • [Presentation] A calculator for shock wave reflection phenomenon2007

    • Author(s)
      Sun M.
    • Organizer
      26th International Symposium on Shock Waves
    • Place of Presentation
      ドイツ・ゲチンゲン
    • Year and Date
      2007-07-15
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  • [Remarks]

    • URL

      http://www.flowwatch.net/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学系を利用した数値データ可視化シミュレーション装置2006

    • Inventor(s)
      孫明宇
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学
    • Industrial Property Number
      2006-246704
    • Filing Date
      2006-09-12
    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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