噴流を伴う超音波キャビテーションの洗浄効果に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650161
• 研究機関: 北海道教育大学
• 研究代表者: 冨田 幸雄 北海道教育大学, 教育学部・函館校, 教授 (00006199)
• 研究分担者: 佐藤 光太郎 工学院大学, 工学部, 助教授 (80252625)
• キーワード: キャビテーション / 気泡 / 超音波 / 噴流 / 水中音響 / 洗浄 / 衝撃波 / 液体マイクロジェット

研究概要

前年度に引き続き、超音波キャビテーションの挙動観察を行い、同時に水中マイクロフォンによるキャビテーションノイズ測定を行った。本年度は、特に、噴流を伴う超音波キャビテーションによる壁面洗浄効果を調べるため、簡易な燃料電池の電極としてしばしば利用されている塩化パラジウムを吸着させたニッケル板を試験壁面とした。厚さ0.35mmのニッケル板に形成される薄膜の厚さは、めっき時間に依存するが1分ほどで数乃至数十μmの皮膜が得られる。こうして作成された試片を、(1)水中噴流だけ、(2)超音波キャビテーションだけ、(3)水中噴流+超音波キャビテーションの組み合わされた流体場、にそれぞれ一定時間さらして壁面の状態を本年度購入したデジタルカメラ搭載の顕微鏡によって観察した。その際、投げ込み式の超音波洗浄機の振動(共振振動数28kHz、これに対応する気泡半径は0.12mm)で生成される超音波キャビテーションの個々の塊が丁度試片表面で合体して半球状のキャビテーションクラウドを形成するように水はを調節することによって洗浄効果の向上を図った。いずれにおいても薄膜を構成している塩化パラジウムの皮膜が剥がれる様子が観察され、その剥がれの程度はその面に作用する力の種類に依存していることを推測させた。すなわち超音波キャビテーションでは、個々の小気泡の運動に起因する局所高圧が壁面にランダムに作用するため、その結果、空間的にランダムに塩化パラジウム粒子が離脱される斑模様の表面状態が作りだされたものと推定される。一方、前年度同様、固体壁面ならびに自由表面近傍での単一および2個のキャビテーション気泡の挙動を理論的および実験的に明らかにした。これらの成果の一部は学術雑誌および国際シンポジウムで発表あるいは掲載予定となっており、また残余の成果についても機械学会開催の講演会で発表する予定である。

研究成果

• [文献書誌] 冨田幸雄: "キャビテーション気泡の崩壊で誘起される液体マイクロジェットの諸特性"日本ウォータージェット学会「ウォータージェット技術の展開」成果報告書. 27-32 (2000)
• [文献書誌] T.Kodama: "Cavitation bubble behavior and bubble-shock wave interaction near a gelatin surface as a study of in vivo bubble dynamics"Applied Physics B.Lasers and Optics. 70. 139-149 (2000)
• [文献書誌] 冨田幸雄: "自由表面近傍での単一および2個のレーザー生成キャビテーション気泡の挙動"日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集. OS-708. (2000)
• [文献書誌] Y.Tomita: "The behavior of two laser-produced cavitation bubbles near a solid boundary"Proceedings of the Fifth International Conference on Hydraulie Machinery and Hydrodynamics. Vol.1. 249-256 (2000)
• [文献書誌] Y.Tomita: "Some aspects of the motion of two laser-produced cavitation bubbles near a free surface"Free Surface Flows, edited by J.R.Blake and A.C.King Kluwer Academic Publishers. (To be published). (2001)
• [文献書誌] P.B.Robinson: "Interaction of cavitation bubbles with a free surface"J.Applied Physics. (To be published). (2001)