| 研究概要 |
1.単一のノズルから発生し,曲りながら上昇する気泡列の周囲には特徴的な流れ場が存在することがこれまでの研究成果より確認されたので,この特徴的な流れ場をPIVを用いて可視化した.気泡発生装置を改良し,気泡の径と発生頻度との制御を高精度化し,制御されたコヒーレント気泡列を水プール中に発生させ詳細な観察を行った.気泡列まわりの液体流れ場に検査体積をとり,運動量理論を用いることにより,気泡列には液ジェットの形成により働く特徴的な力が存在することを示し,液ジェットの形成に関する理論モデルを構築し,実験結果と比較することにより,その妥当性を評価した.
2.次に,特に互いに影響を及ぼしあう気泡の挙動に関しては気泡形状が重要となるために,相互作用下の気泡挙動を顕微鏡カメラで観察し,得られた画像に対してフーリエ記述子を用いて定量化し,気泡重心位置の高精度算出および気泡形状と気泡挙動との相関について考察を行った.気泡列ポンプの高効率化のためには気泡高密度化が提案されるが,同時に気泡衝突の可能性も大きくなる.気泡が衝突するような場合には大きな気泡変形が発生し,気泡上昇速度が大きく変化することを確認した.
3.さらに,気泡列ポンプの駆動原理に密接に関わる気泡列中の気泡間の相互干渉を調査するために,上昇する2気泡間での相互干渉現象および合体現象に関して,実験的および数値的に考察した.特に安定した気泡列の発生のためには,レイノルズ数が非常に大きな役割を果たしていることがわかった.また,合体を防ぎ安定駆動を行うためには,ウェーバー数とレイノルズ数が重要なパラメータであり,特に粘度という物性値が重要であることを確認した.
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