液滴の高速衝突による空洞発生とミクロ衝撃破壊の解明

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01420022
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 島 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨田 幸雄 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (00006199) ; 辻野 智二 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (80006197) ; 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193) ; 小林 陵二 東北大学, 工学部, 教授 (70006170) ; 前川 一郎 東北大学, 工学部, 教授 (70018464)
• Keywords: 液滴 / 高速衝突 / キャビテ-ション気泡 / 衝撃波 / ミクロ衝撃破壊 / 高速ジェット / 軽ガス銃 / 高速度撮影

Research Abstract

本研究の重要な位置を占めている液滴高速衝突装置を、当初考えていた横型から縦型へ変更したことによってその納入が遅れたが、その理由は現象を確実に把えるためであり、特にストリ-ク撮影において縦型は効果的である。基本的にはサボ方式で微小液体塊を下から飛ばし、観測部に固定した試験材料表面へ衝突させるという考えに基づいて装置は設計・製作された。現在はその基本性能を吟味中である。これに先立って、高速液滴の固体表面衝突時期を確実に把握するため、高速飛行体の速度測定用の信号系の確立に努めた。さらに、液適高速衝突装置はその内部を真空に保つ必要があるため、実質的な稼動率には制限があり、したがって液滴内部の光学可視化技術を予備実験階段で確立しておく必要がある。液滴内部の拡大撮影を実現するため、拡散光を用いて静止適を観察した。この場合、実際に液滴が高速で固体表面へ衝突することによってその内部に生成すると思われるキャビテ-ション気泡を想定して、透明な平板上に置かれた液滴内部にパルスレ-ザをフォ-カスさせ、形成される微小気泡の挙動をイメコン超高速度カメラで撮影した。また、液滴内部に生ずるキャビテ-ション気泡群の挙動と関連して、水中の2個の気泡の相互作用が明らかにされ、自由表面近傍での気泡の挙動並びに材料損傷との関連で重要な平面剛壁や各種表面形状を有する固体壁面近傍での気泡の挙動が実験的および理論的に究明された。気泡と衝撃波との相互干渉による高圧発生についても検討がなされ、振動する壁面あるいは変形壁面近傍での気泡の挙動も明らかにされた。

Research Products

• [Publications] A.Shima: "The Growth and Collapse of Cavitation Bubbles Near Composite Surfaces" J.Fluid Mech.203. 199-214 (1989)
• [Publications] Y.Tomita: "High-Speed Photographic Observations of Laser-Induced Cavitation Bubbles in Water" Acustica. 71. (1990)
• [Publications] Y.Tomita: "Dynamic Behavior of Two-Laser-Induced Bubbles in Water" Appl.Phys.Lett.(1990)
• [Publications] 冨田幸雄: "自由表面近傍での気泡の成長と崩壊に関する研究(第1報:レ-ザ生成気泡の挙動観察と鏡像理論との比較)" 日本機械学会東北支部八戸地方講演会. (1990)
• [Publications] 冨田幸雄: "レ-ザ生成気泡の挙動に及ぼす固体壁面幾何形状の影響" 日本機械学会東北支部八戸地方講演会. (1990)
• [Publications] 佐藤光太郎: "境界積分法による振動壁近傍での気泡の挙動解析(第1報:気泡の存在位置の影響)" 日本機械学会東北支部八戸地方講演会. (1990)