2017 Fiscal Year Annual Research Report
Liquid Sterilization Using Collapse of Explosive Bubbles
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16K14172
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
石井 一洋 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20251754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片岡 秀文 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10548241)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 衝撃波 / バブル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低コストで環境負荷の低い液体殺菌法として、水中衝撃波とマイクロバブル添加の相乗作用が提唱されており、本研究では可燃性混合気で構成したバブルを崩壊させることで、更なる高圧生成を行うものである。
平成２９年度は、①水中のエチレン-酸素混合気で構成される単一可燃性気泡に対して水中衝撃波を作用させる実験、②水中に導入した多数の空気マイクロバブルに対して水中衝撃波を作用させる実験、の２つの事項を行った。①では昨年度に行った実験と基本的には同一構成であるが、バブル位置を確定させるためのHe-Neレーザーを1本追加し、2本のレーザー光で位置決めすることにより精度を向上させた。その結果、可燃性気泡崩壊により生成した球状衝撃波は気泡からの距離の増加に伴って減衰し、気泡の初期半径を基準とした無次元化距離と、気泡に作用した衝撃波圧力を基準とした無次元圧力は反比例の関係にあること、可燃性気泡の場合でも気泡が最小半径に到達するまでの時間はレイリーの気泡崩壊時間におおよそ一致することがわかった。また、気泡の付加質量と衝撃波通過時に誘起される速度の積で定義される運動量により気泡の非球形性を考慮すると、同運動量が小さいほど気泡エネルギーから衝撃波エネルギーへの変換効率が高くなることがわかった。②では、マイクロバブル発生器から導入した空気気泡を含む水に水中衝撃波を入射させると、マイクロバブルの存在により水中衝撃波のピーク圧力は減衰し、圧力の上昇および下降が鋭くなるが、入射する水中衝撃波の強度を高めるとバブル崩壊により生じた衝撃波によりピーク圧力がバブルを含まない場合よりも最大で76％高くなることがわかった。
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