2007 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー誘起マイクロ水ジェットの特性解明とその医療応用に関する基礎研究
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18760118
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
孫 明宇 Tohoku University, 学際科学国際高等研究センター, 准教授 (00311556)
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| Keywords | 圧縮性二相流 / 多重スケール / 気泡 / 衝撃波 / 水ジェット / レーザー |
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| Research Abstract |
レーザー照射でのアブレーションによる気泡発生にはJansenらが提案したPartial vaporizationモデルを採用する。液相の圧力と密度は以下のTait型の状態方程式に従い、気相は理想気体と仮定した。また、表面張力は考慮していない。この極端環境下の二相現象を精確に解析するため、本研究課題の研究目的にあたる新しい圧縮性二相流モデルを提案した。保存則及びPositivityを精確に維持し、リーマン問題を取り組むことに成功した。さらに、今回提案した計算モデルは膨張気泡のような多重スケールの混相流現象を粗い格子で再現でき、二次元の現象において従来の解法より数十倍の計算時間を短縮できた。
今回開発した計算コードを用い、レーザー照射後の気泡発生過程を調べた。気泡は初め急速に膨張し、その後ゆっくりと膨張していくことが確認した。これに伴い管端からはジェットと渦輪が発生している。渦輪は時間の経過とともに拡散していくことが解明した。気泡進展の初期速度は3.5m/sであり、昨年度の実験値13.4m/sに比べ小さい。レーザーパルス幅が長い場合、レーザーが気泡の内部を進行し、気化面が進展を伴いながら、気泡の体積が増加し続けると考えられ、この計算では単一気泡の膨張のみを考慮しているため、気泡進展速度が実験よりも小さい値になったと推定できる。また、気泡発生から250[μs]後、気泡は毛細管内を膨張・進展し、管端から飛び出している。気泡形状は毛細管に沿った円筒状の形状ではなく、いびつな回転楕円形をしている。表面張力は考慮していないため、計算格子が粗い場合、気泡形状は格子に依存することを判明。
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