| 研究概要 |
上記研究課題に関する研究を以下のごとく行った.
1.細く絞ったレーザー光を円形に高速掃引し対物レンズで集光することにより,気泡捕捉位置の上方にのみポテンシャルの山を持つような場を作り,この場を用いて気泡を捕捉するという新しい手法を開発した.この手法を用いて直径10μm程度の単一気泡と複数気泡のレーザ捕捉,ならびに壁面近傍での気泡のマニピュレーションに成功した.直径10μm程度の気泡の場合,鉛直方向のレーザ捕捉力は約6pN,水平方向の捕捉力は約1pNであることが明らかとなった.また,捕捉された気泡に及ぼす気体拡散の効果を解析し,本実験で用いた気泡は界面活性剤の影響で安定に存在していることを示した.さらに,本レーザ捕捉手法における光学的な捕捉力を理論解析し,レーザ集束角が大きいほど気泡を安定に捕捉できることを示すとともに,気泡位置が光軸からずれている場合の気泡の安定捕捉領域を明らかにした.
2.気泡内の気体の熱力学的な効果ならびに気体拡散の効果を考慮した気泡群の運動方程式を導出,数値計算することにより,以下のことが明らかとなった.(1)気泡振動の非線形性が強くなると,気泡内部の熱移動は気泡の振動特性に大きく影響する.(2)振動場中での気泡の半径方向振動特性ならびに表面振動特性を把握するためには,並進運動の効果を考慮することが重要である.(3)気体拡散の効果により気泡振動は激しくなるため,気泡振動が分岐し,カオス状態に至る際の音場の圧力振幅のしきい値は低下する.
3.境界要素法を応用した数値解析手法を開発し,大変形する気泡の挙動に及ぼす気泡内気体の熱力学的な効果ならびにマイクロジェット貫通後の気泡の力学を解析した.その結果,ジェットが発生する側の気泡内部には鋭い温度勾配が形成され,局所的に液体の温度上昇が起こる可能性があること,ジェット貫通後には貫通部周辺に高い圧力場が形成され,この圧力場と気泡移動量との兼ね合いで剛体壁面の圧力上昇の度合いが決定されることが明らかとなった.
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