2014 Fiscal Year Annual Research Report
粘弾性体キャビテーションの時空間多重スケール解析を実現する非侵襲ハイブリッド計測
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25709008
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
安藤 景太 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (30639018)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 熱工学 / シミュレーション工学 / キャビテーション / 非ニュートン流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題（４年計画）では，粘弾性体におけるキャビテーションの時空間多重スケール現象解明を目的とした，実験・数値シミュレーション連成の非侵襲ハイブリッド計測法の開発を行う．集束パルスレーザー誘起の衝撃波およびキャビテーション気泡の微視的観察と均質気泡群モデルに基づく非線形数値シミュレーションを連成させることで，実流動場にプローブを挿入しない理想的な非侵襲計測法を提案する．マイクロ空間環境下におけるキャビテーション気泡群の初生から崩壊に至る現象の微視的計測により粘弾性の効果を定式化し，粘弾性体における気泡群力学の有する時空間多重スケール構造の解明を目指す．
平成２６年度（２年目）は，平成２５年度（１年目）に構築した（ナノ秒レーザー，CCDカメラ，倒立顕微鏡，および除振台から構成される）光学システムに基づき，高粘性流体（グリセリン）および粘弾性体（ゼラチン）におけるレーザー誘起衝撃波と自由界面との干渉をストロボ撮影することにより，キャビテーション気泡群の成長速度に対する粘弾性の影響を定量評価した．さらには，レーザー誘起気泡の自由振動および超音波照射下の強制振動を本年度購入した高速度カメラにより観察することにより，気泡の体積振動に対する粘弾性による減衰効果の定量評価が可能となった．気泡振動の振幅が十分に小さい（線形振動）の場合，粘性係数および弾性係数一定と仮定した線形のVoigtモデルにより，気泡力学に対する減衰効果が評価できることが示された．
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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
代表研究者は，平成２２年から２４年までの間，ナンヤン工科大学（シンガポール）の博士研究員として，キャビテーションの微視的計測法を構築しており，そのノウハウを適用することで，おおむね計画通り研究が進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度（３年目）の研究では，昨年度までに構築したマイクロ空間環境におけるキャビテーション初生の微視的計測のための光学システムを引き続き利用し，粘弾性体におけるキャビテーション現象を観察し，キャビテーションの初生から崩壊に至るまでの熱流体力学現象に対する粘弾性の効果の定式化を行う．
まず，粘弾性体における単一キャビテーション気泡の解析を行う．粘弾性を有するゼラチンにおけるレーザー誘起気泡の成長から崩壊までの時間履歴を観察する．Rayleigh-Plesset型の単一気泡力学モデルに粘弾性の効果（応力緩和，遅延弾性，非線形弾性，時間履歴）を組み込み，実験結果と比較することにより，ゼラチンの構成式の定式化を行う．さらに，ゼラチンにおけるレーザー誘起衝撃波の伝播および自由界面との干渉を観察し，衝撃波力学およびキャビテーション気泡群力学に対する粘弾性の影響を評価する．
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