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超音波による微細気泡生成過程の解明と洗浄技術への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19860016
研究種目

若手研究(スタートアップ)

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関山形大学

研究代表者

幕田 寿典  山形大, 理工学研究科, 助教 (40451661)

研究期間 (年度) 2007
研究課題ステータス 完了 (2008年度)
配分額 *注記
1,984千円 (直接経費: 1,750千円、間接経費: 234千円)
2008年度: 1,014千円 (直接経費: 780千円、間接経費: 234千円)
2007年度: 970千円 (直接経費: 970千円)
キーワード微細気泡 / 超音波 / マイクロバブル / マイクロカプセル
研究概要

本研究は超音波によって気泡が生成するメカニズムを明らかにし、最も効率良く微細気泡を生成できる条件を見出すことが目的である。これまでの研究(実験と数値計算)から、超音波照射によって気液界面に生じる表面張力波により気相が液相に包みこまれる形で微細気泡が生成していることが明らかとなっている。2007年度は、主に振動界面挙動の数値シミュレーションの拡張、新しい微細気泡発生装置の試作、微細気泡の応用技術の研究を行った。
数値計算では、境界要素法による界面振動シミュレーションを液体内部のポテンシャルから微細気泡が生成している針近傍の流れ場を求めることができるように改良した。この改良により、界面上のみの振動挙動だけでなく流れ場全体の挙動も再現することができるようになったため、超音波の圧力振動によって気液界面が針先で単純に膨張・収縮するのではなく、針の外側から中心軸側へ巻き込むような流れが発生し、その流れの慣性によって液体側に突出した気相が液相に包みこまれることで、微細気泡が生成することが明らかとなった。
応用技術としては、洗浄技術へ適用を前提として、超音波振動子に中空構造のホーンを取り付けた微細気泡発生装置の設計・試作を行い、マイクロバブルを発生可能であることを確認した。また、微細気泡の応用技術として中空マイクロカプセル作成技術についても研究を進め、微細気泡の内部ガスの溶解度が小さいほど液中滞在時間が長くなり、生成するマイクロカプセルの径が小さくなることを明らかにした。また、東京大学大宮司啓文准教授、産業技術総合研究所竹村文男主任研究員らと共著で執筆した中空カプセルに関する論文がJournal of Physical ChemistryB誌に掲載された。

報告書

(1件)
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2007 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Fabrication of hollow melamine-formaldehyde microcapsules from microbubble templates2007

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Daiguji
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 111

      ページ: 8879-8884

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The study of Micro Gas Bubble Generation of Uniform Diameter in an Ultrasonic Field2007

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Makuta
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference on Multiphase Flow 2007 1

      ページ: 22-22

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] マイクロバブルから作るメラミンーホルムアルデヒド中空マイクロカプセル2007

    • 著者名/発表者名
      幕田寿典
    • 学会等名
      第45回 粉体に関する討論会
    • 発表場所
      岡山県岡山市
    • 年月日
      2007-10-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] The study of Micro Gas Bubble Generation of Uniform Diameter in an Ultrasonic Field2007

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Makuta
    • 学会等名
      6th International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Leipzig, Germany
    • 年月日
      2007-07-09
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://mb-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

URL: 

公開日: 2007-04-01   更新日: 2016-04-21  

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