| 研究課題/領域番号 |
03555038
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| 研究種目 |
試験研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
赤松 映明 京都大学, 工学部, 教授 (40025896)
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| 研究分担者 |
玉川 雅章 京都大学, 工学部, 助手 (80227264)
高比良 裕之 京都大学, 工学部, 助手 (80206870)
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| 研究期間 (年度) |
1991 – 1992
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| キーワード | キャビテーション / 気泡群 / 非線形振動 / カオス / 分岐 / 衝撃波 / マイクロジェット / 圧電セラミックス |
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| 研究概要 |
1.円盤型圧電セラミックス、音響レンズおよびロッドを組み合わせることにより、集束圧力波発生装置ならびに平面圧力波発生装置を製作した。集束圧力波発生装置は、圧電セラミックスへ加える電圧およびその波形を適切に変化させることにより、ほぼレンズの焦点付近に気泡群を発生することができる。こうして発生させた変動圧力場中での気泡群の挙動を、レーザ計測、高速度写真撮影ならびに圧力測定を通して観測し、以下の知見を得た。(1)個々の気泡は変形を伴いながら体積変化(振動)している。(2)気泡により散乱されるレーザ光の強度変化は、カオス的な挙動を示す。(3)圧電セラミックスへ加える電圧を上昇させていくと、気泡周辺での圧力変化は周期倍分岐を伴いながらカオス状態に至る。カオス状態での相関次元は高々3以下である。
2.気泡の並進運動、変形および液体の粘性を考慮した気泡群の運動方程式、ならびに液体の圧縮性を考慮した音場中における球形気泡群の運動方程式を導出し、気泡群の崩壊挙動ならびに非線形振動特性を解析した。その結果、(1)気泡振動は周期倍分岐を経てカオス状態に至ること、(2)気泡間の相互作用の効果により、個々の気泡の独立な振動形態が抑制され、カオス状態での気泡群の系の相関次元は、実験と同様に高々3以下に納まること等が示された。
3.衝撃波と気泡の干渉をALE法を用いて数値シミュレーションした。その結果、以下の知見を得た。(1)衝撃波背後圧(=p_0)が大きいほど、気泡は体積が大きな間に変形し、液体マイクロジェットを発生する。(2)液体マイクロジェットの速度は、p_0が大きいほど速くなるが、p_0があるしきい値(約10MPa)を過ぎると飽和する。(3)気泡の内部状態はp_0が約1MPa以下では一様と見なせるが、p_0が約100MPaでは気泡内部に衝撃波が発生し、気泡内部の温度ならびに圧力分布に著しい偏りが見られる。
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