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ソノケミストリーにおける非球形気泡のマルチスケールフィジックスに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 13J02710
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関北海道大学

研究代表者

神保 佳典  北海道大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,320千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 720千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードキャビテーション / 気泡 / ソノケミストリー / 数値流体力学 / 中空液滴 / 非平衡相変化 / 非凝縮性気体 / Diffuse interface model / 液滴衝突 / 気体論境界条件 / 流体工学 / 溶解・析出
研究実績の概要

1.申請研究におけるミクロ的な観点の数値計算として,気泡の非球形崩壊が,ラジカルなどの気泡内物質(化学反応に重要となる)の液体中への流出量に及ぼす影響を調べる目的で,気液界面における非平衡相変化とその界面を通過する非凝縮性気体の拡散とを同時に考慮した非球形気泡崩壊の直接数値計算を行った.前年度までに構築した分子気体力学に基づく気液界面境界条件を満たし得るGhost fluid法を,軸対称二次元計算に適用できるように拡張した.気泡が非球形に崩壊する際に,液体ジェットが気泡界面に形成され,それが気泡を貫通し,それにより渦流れ場が形成され,界面に微細な構造が形成される過程が計算されるとともに,その界面から次第に流出する気泡内物質(非凝縮性気体)が確認された.また,熱的な物質分解機構の解明に重要と考えられる気泡崩壊時に発生する高温とその周囲液体への伝導について論文にまとめた.
2.ミクロ的な観点の数値計算手法の検証実験・計算として,低圧環境下での液滴の固体壁面への高速衝突現象を実験ならびに数値計算にて調べた.低圧環境下で液滴内部に発生した気泡が,液滴の固体壁面への衝突時に発生する圧力変動により非球形に潰される.数値計算により得られた液滴内部での気泡の非球形崩壊過程は実験結果とおおむね一致した.また,液滴が固体壁に高速衝突することで衝突部近傍に形成される気相流れ場を実験ならびに数値計算により詳細に調べた.
3.申請研究におけるメゾ的な観点の数値計算手法(流体に加わる力学的作用等に起因して生成崩壊する気泡を扱う)の基本となる数値計算手法を構築した.二相間での相変化を考慮する際に重要となる二相間での熱交換を考慮した圧縮性二相流の偏微分方程式系を,Kapila’s five-equation modelを拡張することにより導出した.さらには,その方程式系を数値的に解く手法も構築した.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National Taiwan University(Taiwan)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Simulation of Bubble Collapse and the Transfer of Vapor and Noncondensable Gas through the Bubble Interface Using the Ghost Fluid Method2015

    • 著者名/発表者名
      Y., Jinbo, K., Kobayashi, M., Watanabe and H., Takahira
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 656 ページ: 012021-012021

    • DOI

      10.1088/1742-6596/656/1/012021

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of Water-Droplet Impacts with Velocities of O(10 m/s) and Subsequent Flow Field2015

    • 著者名/発表者名
      Y., Tatekura, T., Fujikawa, Y., Jinbo, T., Sanada, K., Kobayashi and M., Watanabe
    • 雑誌名

      ECS Journal of Solid State Science and Technology

      巻: 4 号: 9 ページ: N117-N123

    • DOI

      10.1149/2.0111509jss

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Influence of the Nonequilibrium Phase Transition on the Collapse of Inertia Nonspherical Bubbles in a Compressible Liquid2015

    • 著者名/発表者名
      Y., Jinbo, T., Ogasawara and H., Takahira
    • 雑誌名

      Experimental Thermal and Fluid Science

      巻: Vol. 60 ページ: 374-384

    • DOI

      10.1016/j.expthermflusci.2014.07.021

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 気泡崩壊のシミュレーション(境界要素法とGhost Fluid法の適用)2014

    • 著者名/発表者名
      高比良裕之,神保佳典,小笠原紀行
    • 雑誌名

      ターボ機械

      巻: Vol. 42 ページ: 681-687

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of the Nonequilibrium Phase Transition on the Nonspherical Bubble Collapse in a Compressible Liquid2013

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Yoshinori, Itatani Shohei, Ogasawara Toshiyuki, and Takahira Hiroyuki
    • 雑誌名

      Proceedings of the 8th International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2013)

      巻: Paper No. ICMF2013-681 ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Numerical Analysis of Bubble Dynamics with Vapor-Liquid Boundary Conditions Derived from Molecular Gas Dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      S., Morikawa, Y., Jinbo, Y., Tatekura, K., Kobayashi, M., Watanabe, H., Fujii and K., Sasaki
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2016)
    • 発表場所
      Firenze Fiera, Palazzo dei Congressi, (Firenze, Italy)
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Bubble Collapse and the Transfer of Vapor and Noncondensable Gas through the Bubble Interface Using the Ghost Fluid Method2015

    • 著者名/発表者名
      Y., Jinbo, K., Kobayashi, M., Watanabe and H., Takahira
    • 学会等名
      9th International Symposium on Cavitation (CAV2015)
    • 発表場所
      SwissTech Convention Center, (Lausanne, Switzerland)
    • 年月日
      2015-12-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 音響キャビテーション気泡の動力学2015

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 学会等名
      明治大学科学技術研究所 物理学セミナー
    • 発表場所
      明治大学生田キャンパス(神奈川県川崎市)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子気体力学に基づく気液界面の境界条件を適用した相変化を伴う気泡運動を表す数理モデルの数値計算2015

    • 著者名/発表者名
      森川昌太郎,神保佳典,立藏祐樹,小林一道,渡部正夫
    • 学会等名
      日本機械学会2015年度年次大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 気液界面を含む流れの数値解析,気泡崩壊の詳細解析2015

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 学会等名
      日本混相流学会混相流シンポジウム2015,若手研究者夏季セミナー2015
    • 発表場所
      高知共済会館(高知県高知市)
    • 年月日
      2015-08-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical Simulation of Compressible Two-Phase Flows in High-Speed Impingement of a Hollow Droplet on a Solid Wall2015

    • 著者名/発表者名
      Y., Jinbo, K., Kobayashi, M., Watanabe and T., Sanada
    • 学会等名
      EMN Meeting on Droplets
    • 発表場所
      Phuket (Thailand)
    • 年月日
      2015-05-08 – 2015-05-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 相変化を伴う球形気泡の運動を表す数理モデルの数値計算2015

    • 著者名/発表者名
      森川昌太郎,神保佳典,藤井宏之,小林一道,渡部正夫
    • 学会等名
      北海道学生会第43回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      釧路工業高等専門学校(北海道釧路市)
    • 年月日
      2015-03-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 固体壁に高速衝突する液滴内部での気泡崩壊に関する数値解析2014

    • 著者名/発表者名
      神保佳典,加藤昌也,小林一道,渡部正夫,真田俊之
    • 学会等名
      キャビテーションに関するシンポジウム(第17回)
    • 発表場所
      東京大学 生産技術研究所(東京都目黒区)
    • 年月日
      2014-11-20 – 2014-11-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 分子気体論に基づく相変化を伴う気液界面境界条件の流体力学解析への適用手法の検討2013

    • 著者名/発表者名
      神保 佳典, 小林 一道, 渡部 正夫
    • 学会等名
      第27回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2013-12-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 非球形気泡崩壊時の気泡内外の物質の挙動に関する数値解析2013

    • 著者名/発表者名
      神保 佳典
    • 学会等名
      2013年度第22回ソノケミストリー討論会
    • 発表場所
      信州大学(長野県松本市)
    • 年月日
      2013-10-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 気液界面における熱・物質輸送を考慮したGhost Fluid法の検討(蒸気と非凝縮性気体からなる二成分混合気体への拡張)2013

    • 著者名/発表者名
      神保 佳典
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2013
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都小金井市)
    • 年月日
      2013-09-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Influence of the Nonequilibrium Phase Transition on the Nonspherical Bubble Collapse in a Compressible Liquid2013

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Yoshinori, Itatani Shohei, Ogasawara Toshiyuki, and Takahira Hiroyuki
    • 学会等名
      8th International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2013)
    • 発表場所
      International Convention Center Jeju, South Korea
    • 年月日
      2013-05-27
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] Laboratory of Fluid Dynamics (流体力学研究室)

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/fluid/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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