1993 Fiscal Year Annual Research Report
極低温流体中での空洞の発生機構と気泡力学に関する研究
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04452137
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
島 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨田 幸雄 北海道教育大学, 教育学部函館分校, 助教授 (00006199)
坪田 誠 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (10197759)
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)
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| Keywords | 気泡 / キャビテーション / 液体窒素 / 極低温 / クライオスタット / パルスレーザ / 相変化 / 界面不安定 |
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| Research Abstract |
大気圧下で沸点近傍にある液体窒素中にルビーレーザをフォーカスさせ,単一気泡を生成させた。低温液体中に球状気泡を発生させるためには,光エネルギーの適切な制御が必要である。ここでは,2段式のレンズアレイを用いて環状ビームを作り,これを凸レンズで集光させることにより優れた球状気泡の生成に成功した。こうして得られる球状気泡と光エネルギーとの関係を周囲圧力をパラメータとして実験的に調べた。その結果,発泡のしきい値は本実験範囲の加圧の程度(ΔP=19.6〜98.1kPa)では圧力依存性が少ないこと,また,常温水中との比較では水中の方がより少ないエネルギーで発泡するが,発泡の生成エネルギーは準静的な相変化を仮定して予測される値よりはるかに大きく,気泡の生成に対してレーザ・フォーカスの際のプラズマ生成が関与していることが示唆された。液体窒素中での気泡の運動は圧力の増大と共に液体慣性がより現れることになるが,その程度は液温が低いほど著しいこと,また,運動周期は圧力の増加に伴い短かくなり,その依存性を表す指数は(-0.54)と液体慣性が支配的な場合の(-0.5)に近い値であった。液体窒素中の気泡が発する衝撃波の光学的観察と圧力測定並びに気泡リバウンドの際に増幅される気泡界面の不安定の発生状況が光学的に明らかにされた。さらに,熱力学的パラメータの導入によって,本実験値が既存の液体窒素中の気泡のデータおよび水中の気泡のデータと比較検討され,各種液体中での気泡運動に及ぼす熱的影響及び液体慣性の影響が評価された。以上の成果は,平成6年4月に東京で開催される第2回キャビテーションに関する国際シンポジウムで発表予定である。
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[Publications] 冨田 幸雄: "平面剛体壁近傍での気泡の非球状運動に関する理論的ならびに実験的研究" 日本機械学会論文集(B編). 59. 117-125 (1993)
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[Publications] J.R.Blake: "Interaction of Two Cavitation Bubbles with a Rigid Boundary" Journal of Fluid Mechanics. 255. 707-721 (1993)
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[Publications] 冨田 幸雄: "水中における異なるサイズの2個の気泡の相互作用" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 930-49. 205-207 (1993)
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[Publications] 島 章: "液体窒素中での気泡の挙動に関する研究" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 930-49. 211-213 (1993)
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[Publications] Y.Tomita: "Interaction of Two Laser-Produced Cavitation Bubbles near Boundaries" Presented at the IUTAM Symposium on Bubble Dynamics and Interface Phenomena. (1993)
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[Publications] Y.Tomita: "An Experimental Investigation on Bubble Motion in Liquid Nitrogen" To be presented at the 2nd International Symposium on Cavitation. (1994)
