| 研究概要 |
1.レーザトラッピング法を用いたマイクロバブルの力学解析
(1)マイクロバブルに作用する光学力を算出した.鉛直方向の光学力は110mWのレーザ出力に際して約90pNであった.
(2)マイクロバブルが,レーザ捕捉されるまでの軌跡およびレーザ捕捉を逃れる際の軌跡をシミュレートした結果,実験結果と良い一致を示した.
(3)固体境界近傍でマイクロバブルのレーザ捕捉を行うとともに,せん断流れ場中で,マイクロバブルがレーザ捕捉域を逃れる際の軌跡を解析した結果,せん断流れ場中でマイクロバブルの軌跡は,その初期半径に大きく依存すること等が示された.
(4)マイクロバブルの安定性に及ぼす内部気体の拡散と表面張力の影響を検討した結果,超音波造影剤用のマイクロバブルの表面張力は,水-空気系の表面張力よりも約1/800に低下していること,単一ならびに合体後のマイクロバブルには,収縮するか膨張するかを決定する臨界半径が存在すること等が示された.
2.境界要素法を用いた微小気泡の崩壊挙動の解析
内部気体の熱移動を考慮しつつ,マイクロジェット貫通後のトロイダル気泡の力学を解析する数値計算手法を開発した.本手法を用いて,固体境界ならびに生体を模擬した弾性境界近傍での微小気泡の崩壊挙動を解析し,以下の知見を得た.
(1)微小気泡の崩壊過程では,気泡内部の熱移動のために崩壊が促進され,ジェット貫通後は気泡周囲に局所的な高圧領域が形成される.
(2)内部気体の熱移動を線形近似することにより導出した有効ポリトロープ指数は,定性的な気泡崩壊挙動を予測するには有効である.しかし,気泡崩壊時の最大圧力等を評価するためには,内部の熱移動を厳密に扱う必要がある.
(3)弾性壁の特性により,気泡が初期位置にて崩壊する中立崩壊条件が存在する.この条件は,気泡内部の気体の熱移動を厳密に評価した場合とポリトロープ変化を仮定した場合とで異なる.
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