| 研究課題/領域番号 |
19H02070
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
高比良 裕之 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80206870)
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| 研究分担者 |
小笠原 紀行 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00552184)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 混相流 / 気泡 / キャビテーション / 集束超音波 / Ghost Fluid法 / マルチスケール解析 |
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| 研究実績の概要 |
ゼラチン内で生成したレーザ誘起気泡ならびにその崩壊後に残存する微小な気泡塊（以下，残存気泡と呼ぶ）を集束超音波の散乱体として利用し，散乱体の大きさや形状が，集束超音波の気泡界面での後方散乱に起因するキャビテーション気泡クラウドの成長に及ぼす影響を実験的に検討した。その結果，以下の知見を得た。(1) 散乱体のサイズが大きいほど後方散乱による負圧が大きくなるため，最初のキャビテーションが初生する時刻は早くなる。一方，散乱体として気泡径の小さな残存気泡を用いた方が，気泡クラウドの成長時のその先端形状の影響により，気泡クラウドの成長速度が速くなる。また，水中で成長した気泡クラウドの崩壊形態には，散乱体の大きさに応じて，先端部分から徐々に崩壊する形態と，気泡クラウドが 2 つに分裂しながら崩壊する形態がある。
気泡力学による微視的解析とGhost Fluid法とLevel Set法による巨視的解析を融合したマルチスケール計算手法を開発した。本手法を用いた解析により，以下の知見を得た。(1) 十分な質量の保存性を維持して，微視的解析から巨視的解析への移行が可能である。また，手法の移行の際には，球形気泡の運動方程式であるKellerの式から得られる速度場を巨視的な速度場に重畳することが有用である。(2) 本手法を用いて，実験で観測された気泡クラウドと類似の円錐状の気泡クラウドの形成をシミュレートすることに成功した。また，円錐状の気泡クラウドが形成されるプロセスは実験と定性的に一致した。さらに，実験によって得られた圧力波形ならびに正弦波を用いて，球形気泡の運動方程式を数値計算し，集束超音波中での気泡核の成長過程を解析した結果，実験で計測された圧力波形を気泡核に与えた際に見られた気泡半径の単調な増加は，印加した圧力の時間平均値が負であることが要因であるなどの知見を得た。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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