2018 Fiscal Year Annual Research Report
Cavitation inception and metastable state in liquid due to backscattering of HIFU from a bubble interface
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16H04270
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
高比良 裕之 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), 助教 (00552184)
藤川 重雄 北海道大学, 工学研究院, 名誉教授 (70111937)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 混相流 / キャビテーション初生 / 気泡 / 相変化 / 準安定状態 / 集束超音波 / 後方散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蒸留水中での集束超音波のレーザ誘起気泡界面での後方散乱に起因するキャビテーション初生圧力の計測とキャビテーション気泡クラウドの成長過程の可視化を行った．また，気泡クラウド先端位置での液体圧力を計測することにより，キャビテーション初生圧力の算出に成功した．その結果，以下の知見が得られた．(1) 気泡クラウドは，集束超音波の後方散乱によって，キャビテーション初生に十分な強さの負圧を形成できる圧力領域中で成長する．(2) 水温の増加に伴い，気泡クラウドの大きさも増加する．(3) 水温23 ℃でのキャビテーション初生圧力は約-26 MPaである．(4) -26 MPaを臨界圧力としたとき，平衡理論に基づく気泡核のサイズは2.15 nmと推定された．(5) 同程度の水温かつ脱気した範囲内(約2.0 mg/L＜DO＜3.5 mg/L)であればDO(酸素濃度)によらずにキャビテーション初生圧力はほぼ一定である．さらに，グリセリン水溶液中での集束超音波のレーザ誘起気泡界面での後方散乱によって形成されるキャビテーション気泡クラウドを観測した．
Ghost Fluid法を用いて，気泡界面での集束超音波の後方散乱による圧力場を解析した．実験と計算結果の比較から，気泡クラウドは段階的にキャビテーション初生を繰り返すことで，層形成を伴って成長すること，また，計算で得られた最小負圧の位置と実験での初生位置は定性的に一致することが明らかとなった．さらに，単一気泡が大振幅振動圧力場で膨張・収縮する場合について，気泡半径，気泡内部の温度及び圧力，質量流束等の時間変化を非平衡蒸発・凝縮を考慮した気泡の運動方程式により調査した結果，気泡径の時間変化については非平衡，平衡による相違は大きくないが，気泡内部の温度と圧力，気液界面での質量流束については非平衡蒸発・凝縮の影響が現れることが示された．
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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