2013 Fiscal Year Research-status Report
超音波によって発生する音響流中のマイクロバブルや固体粒子の挙動と指向性の解明
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25420109
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
太田 淳一 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20168941)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マイクロバブル / 超音波 / 気液二相流 / 音響放射力 / 画像処理 |
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| Research Abstract |
本研究はマイクロバブル（以降MBと称する）を含む気液二相媒体に超音波を照射する際，多次元流れの基礎研究に関するものである．この現象を利用し，容器外部から超音波を照射すると混相媒体の局所に非接触の流れや非接触の移動や分散が可能である．MBや固体粒子を含む混相媒体の音響流の指向性（空間的分布）や粒子の特異な挙動について調べ，今後の応用の基礎を固めるものである．
平成25年度は上部開放の矩形形状の内部に円筒容器を製作して，円筒容器内に固体粒子あるいはマイクロバブルを混ぜた水を満たし，容器の底面につけた超音波用振動子から，周波数（98 kHzあるいは3.5MHz）の超音波を鉛直上向きに照射した．
分散相（粒子）と連続相（液）の挙動と同時測定手法の検討・・・・固体粒子やMBはサイズが似ており，画像から識別が困難である．ある蛍光粒子は液体運動をトレースするので液体の流れを測定できる．その蛍光粒子と対象粒子（MBなど)を液に混入させても識別できる可能性がある．液体に対象粒子（MBなど）と蛍光粒子（トレーサー粒子）を混ぜて，科研費で購入した約530nmの波長（緑）のYAGレーザー光を照射した．対象粒子（MBなど）は照射されたレーザーの波長の光を散乱する．その蛍光粒子は約530nm程度の波長の光を吸収し，赤い光（600nm近辺の波長)を発光する．両方の粒子を同時に撮影し，色相角の違い利用して，対象粒子（MBなど）と蛍光粒子を識別するアルゴリズムとプログラムを作成した．液と対象粒子（MBなど）のみの画像に分け，別々についてPIV（輝度分布相関法）や画像処理で挙動と速度の測定が可能となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
液相とマイクロバブルの流れを計測する実験装置を設計し製作し，液相と気体相（MB)の流れを同時に計測するアルゴリズムとプログラムを作成した．液相とマイクロバブルを同時に流す実験を行って取得した画像に対してその計測プログラムを適用し，各々の速度を同時に測定できること，即ち，動作確認ができた．
周波数3.5MHzの超音波照射についてMBの移動方向や速度を一部明らかにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
より高周波数の超音波照射の範囲についてもマイクロバブルの形状変形がマイクロバブル気泡運動に影響を与えないか高速度ビデオによって観察する．
超音波照射時のマイクロバブルの移動速度の空間的分布と時間変化を調査する．
平成25年度に開発したMBと蛍光粒子（液相のトレーサー）を同時に撮影しそれらの速度分布同時測定の技術を適用して，マイクロバブルと通常サイズの気泡と液相の挙動の違いを明らかにし，マイクロバブルと液の相互作用を調査する．
また，実験パラメータとして実験装置の境界条件の影響，超音波出力，超音波照射時間の影響も調査する．
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