| Project/Area Number |
19H02070
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
Takahira Hiroyuki 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80206870)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 紀行 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00552184)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2019: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
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| Keywords | 混相流 / 気泡 / キャビテーション初生 / 集束超音波 / 後方散乱 / マルチスケール解析 / 準安定状態 / キャビテーション / Ghost Fluid法 |
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| Outline of Research at the Start |
高強度集束超音波を利用した医療技術では，集束超音波によるキャビテーション初生と，その後の気泡クラウドの成長崩壊機構の解明が不可欠である．本研究では，レーザ誘起気泡界面での集束超音波の後方散乱により形成される位相反転膨張波を用いて，極めて短時間に液体中に局所的に準安定状態を作り出すことにより，キャビテーション気泡クラウドを目標の位置に生成し，キャビテーション初生圧力を直接計測するという独自の実験手法，ならびに気泡核の成長モデルとGhost Fluid法を組み合わせた独自の数値解析手法を用いて，キャビテーション初生と気泡クラウドの成長崩壊の物理を解明するものである．
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| Outline of Final Research Achievements |
The cavitation inception due to the backscattering of high-intensity focused ultrasound (HIFU) from bubble interfaces in water and gelatin, leading to growth and collapse of bubble clouds, has been investigated experimentally. The dependency of the cavitation inception pressure on temperature has been revealed both experimentally and numerically. Also, the influence of bubble size as a reflector of HIFU on the bubble cloud formation has been investigated. A multiscale numerical simulation method which consists of the bubble dynamics in microscopic fields and the ghost fluid method and the level set method in macroscopic fields has also been developed for the growth of bubble nuclei and the bubble cloud formation in HIFU. The bubble cloud formation observed in experiments has been successfully simulated using the present method, which revels the mechanism of the bubble cloud formation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
極めて短い時間内に非常に局所的に強力な負圧を作用させる方法として，集束超音波(HIFU)のレーザ誘起気泡界面での後方散乱を利用して，キャビテーションを発生させる方法を確立した．本実験手法により，キャビテーション初生圧力の計測，ならびに，HIFU中での気泡クラウドの成長崩壊の解析が可能となった．また，気泡力学に基づき実験における気泡核の成長を理論的に予測する手法ならびに気泡核の成長モデルとGhost Fluid法を組み合わせたマルチスケール計算手法を開発した．本実験ならびに数値計算結果は，キャビテーション初生の予測に有用であり，キャビテーションを用いた医療応用に有用な知見を与えるものである．
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