2023 Fiscal Year Annual Research Report
音響キャビテーション気泡の極性とソノルミネセンス測定からのメカニズム解明
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19K15452
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| Research Institution | Japan Women's University |
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Principal Investigator |
李 香福 日本女子大学, 理学部, 助教 (50836632)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 音響キャビテーション気泡 / ソノルミネセンス / 帯電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、音響キャビテーション気泡の電気特性について調べた。水中のSL単一気泡（SBSL気泡）に直流電圧を極性と電圧値を変えながら印加し、その時の気泡の位置ずれ方向から水中のSBSL気泡がプラスに帯電していることを実験的に示した。帯電しているSL気泡は、電場を印加すると、超音波放射力であるビヤークネス力と静電気力の平衡位置へ気泡の位置が移動するはずである。実験より得られた計測値と音響キャビテーション気泡の運動を表現する代表的なKellerの式を利用した数値シミュレーションを行い、水中のSBSL気泡の電荷量を見積もった。平衡位置でSL気泡が受けるビヤークネス力を求めるために、気泡の初期半径値が必要だが実際に測定をすることは出来ないため、測定した音圧値の、様々な初期半径条件で気泡半径の時間変化を計算し、レーザー散乱光強度測定より求めた気泡半径の時間変化結果と比較して、最も一致する条件から気泡の初期半径を予測した。その後、測定した音圧値と予測した気泡初期半径を用いて計算を行い、平衡位置で気泡にかかるビヤークネス力を求めた。電場強度は白金プローブで平衡位置付近の電位を測定し求めた。力のつり合い関係より電荷量を2.5 pCと見積もることができた。また、各測定値の誤差を考慮し電荷量の誤差を±0.6 pCと求めることができた。シミュレーションより得られた電荷量2.5 pCが正しい値であるかを評価するために、もともとは気泡の帯電量を考慮していないKellerの式に、電荷量を考慮した項を追加し、再度計算を行った。得られた電荷量2.5 pCを電荷量を考慮した項に代入し、様々な初期半径条件で気泡半径の時間変化を数値計算し、同様な方法で気泡の初期半径を予測した。その予測値でビヤークネス力を求め、求めたビヤークネス力と電圧強度より再度電荷量を計算した。この過程を繰り返し行うことで電荷量を評価した。
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