2021 Fiscal Year Annual Research Report
Revealing the dynamics of a bubble in acoustic cavitation
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19K15000
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
黒山 喬允 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 講師 (40781737)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 音響キャビテーション / 強力超音波 / 気泡ダイナミクス / レーザ散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，強力な超音波によって液中に発生する音響キャビテーション気泡の一つ一つが，どのように体積振動(膨張・収縮)しているかを明らかにすることである．そのために，気泡にレーザビームを照射し，生じた散乱光の強度変化から体積振動を計測する計測系を構築した．この計測系では，液中に多数生じたうちの一つの気泡からの散乱光を計測でき，また気泡による散乱光の強度は気泡直径の概ね2乗に比例するため，個々の気泡の振動を解析することができる．加えて，この光学系に撮像光学系を組み合わせることで，散乱を用いる気泡振動計測と同時にカメラにより得られた気泡の画像を解析できる．2020年度までに，以上の計測系の設計と構築，評価を完了した．
2021年度はこの計測系を用い，超音波ホーン下および定在波超音波場中に生じた音響キャビテーション気泡の振動解析を行った．その結果，定在波超音波および超音波ホーンを比較的低い音圧振幅条件で用いる場合には，液中に気泡が一つだけ生じ球形を保って振動する単一気泡振動と同様の振動態様を呈する気泡が多く存在することがわかった．一方で，超音波ホーンを用いる場合においては，音圧振幅を高くするにつれて非球形振動を呈する気泡が増え，単一気泡振動とは異なる振動態様を呈する気泡の割合が高くなることがわかった．また，この場合には気泡が高い数密度で生じるため，気泡同士が相互に強く干渉するクラスタが多数形成されることを明らかにした．
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