| 研究概要 |
修正Ghost Fluid法による圧縮性流体中の非球形気泡の数値解析手法に,マルチグリッド法(多重格子法)を融合し,二次元軸対称気泡の崩壊末期の挙動を解析可能な数値解析手法を開発した.本手法を用いて,種々の特性を有する壁面近傍での入射衝撃波と気泡との干渉問題を解析した結果,本手法により液体ジェットが下流側の気泡表面に衝突した後のトロイダル気泡界面の微細構造を捕らえられること,壁面損傷が気泡から生成される衝撃波による力積に依存すること等が示された.また,直線状に配置された複数気泡と衝撃波との干渉を解析し,気泡間相互作用により気泡崩壊が促進される条件を示すとともに,入射衝撃波通過後の気泡収縮による圧力波の伝播速度が,均質気液二相流を仮定した平均化方程式による伝播速度とよく一致することが示された.さらに,分子動力学法を用いて薄い液膜の気液界面における気体論境界条件を検証し,本数値解析手法に界面での相変化を導入するための基礎的な知見を得た.移動または変形境界近傍での気泡の崩壊挙動を,三次元境界要素法を用いて解析し,気泡崩壊時の並進移動特性とケルビンインパルスとの関係を明らかにした.
ベンチュリ管または縮小管のスロート部を通過する数ミリ程度の微小気泡の変形挙動および圧力回復部での気泡の崩壊挙動を,高速度ビデオカメラを用いて観測した.その結果,複数の気泡が連続的にスロート部を通過する際には,通常見られる後方気泡界面に形成される進行方向の液体ジェット(順方向ジェット)のほかに,前方気泡界面に形成される進行方向と逆向きの液体ジェット(逆方向ジェット)が発生すること,また,順方向ジェットの速度はスロート部に流入する気泡間の距離が短くなるほど遅くなるのに対して,逆方向ジェットの速度は,気泡問距離が短くなるほど速くなること等が示された.
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