| Research Abstract |
本研究の目的は,マイクロバブル流体の潤滑,音響,熱の力学特性を効率よく数値解析する手法を整備し,その活用を支援するマルチスケール解析法を開発することである,当該年度は,以下の現象に関する研究を実施した.
1.せん断流とマイクロバブルとの流体力学的相互作用
双曲座標系で流れ場の基礎方程式を記述し,気泡の運動に及ぼす壁面の影響を調べた.壁面・気泡間距離が気泡半径以下になると,潤滑効果が気泡の変形を促進し,気泡変形に伴う揚力が,既存の理論予測に比べて大きくなるという流体力学的意義の高い知見を得た.また,並進運動する気泡間の流体力学的作用に関連する減圧挙動のデータを取得した.さらに,柔らかな弾性体を含む混相流動を統一的に扱うため,固定格子上で全ての流体・構造力学の基礎方程式を解く手法を開発した.
2.音場中のマイクロバブルの半径運動と熱力学作用
超音波中の気泡半径運動に対する気泡を覆う殻の影響について数値計算した.気泡周りの薄い粘弾性層を導入することによって,殻の効果を模擬した.殻はガスの溶解を防ぎ,気泡の安定化に役立つものの,気泡半径運動を抑制し,特に気泡が小さすぎる場合,もしくは,殻が厚すぎる場合には,気泡運動が過減衰応答の状態となり共振挙動を示さないことを確認した.また,気泡半径運動に伴う液相への熱作用について調べた.運動エネルギ散逸率が,気泡中心からの距離の6乗に反比例して減衰し,その影響領域が気泡表面の近傍のみに制限されることを確認した.
開発された計算手法,取得されたミクロ・メゾスケールの現象に関する数値解析データは,気泡の揚力,半径運動や,粗視化した内部エネルギ輸送式の点源生成項などを構成方程式としてモデル化するために重要である.
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