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本研究は超音波によって均一に気泡が生成するメカニズムを明らかにし、どういった条件で均一な気泡が生成できるかを検討することが目的である。極微細気泡生成メカニズムの解明においては、超音波照射によって気液界面に生じる表面張力波が分裂することにより極微細気泡が生成している可能性が高いことから、表面張力波形状の時間変化や波長との関係について、超高速度カメラなどを用いて詳細に測定した。実験では、アクリル試験槽内に超音波振動子および針形状を持つマイクロシリンジを導入し、アクリル槽内に導入した試験液体中で超音波を発生させ、定在波を作った。マイクロシリンジからマイクロシリンジポンプを用い、流量計で流量を調整しながら液体に導入された微量ガスに超音波を付与し、均一極微細気泡を生成した。その結果、気泡生成には粘性の影響が大きいことがわかった。また、発生させる均一一気泡の大きさをシリンジ内部の圧力を変化させることにより、制御できることがわかった。このときの気泡径変化の傾きは、粘度、表面張力、針内径、針外径の関数によってあらわすことができることがわかり、それらをいくつかの無次元数の関数として相関式を作成した。一方、気泡分裂現象は撮影した画像より軸対称に近い流れとなっていることから、分裂現象を数値的に解析することを試みた。この分裂過程の基礎的現象である表面波の振動状態について、気泡の分裂過程や界面と壁面の濡れ性まで考慮した境界要素法を用いた数値計算コードを作成し、数値解析を行った。その結果、気泡分裂過程がポテンシャル流れを仮定することで表現できることがわかった。濡れ性、粘度や気泡内圧力を変化させることで、実験結果と同様の傾向を示すことがわかった。
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