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2012 年度 実績報告書

気泡崩壊現象における極限物理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21360086
研究機関大阪府立大学

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)

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), 助教 (00552184)
研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード流体工学 / 気泡 / 気液二相流 / 衝撃波 / 液体ジェット / Ghost Fluid法 / 非平衡相変化 / 熱移動
研究概要

界面での非平衡熱物質移動と表面張力を考慮したGhost Fluid法に基づく新しい数値計算手法を開発し,壁面近傍での蒸気泡の崩壊現象を解析した.非平衡相変化により気泡崩壊が助長されること,壁面と気泡中心との距離が短いほど気泡の崩壊周期が長くなり,気泡内の最高圧力と最高温度が低下すること,気泡収縮時の凝縮による質量減少の変化率は,気泡と壁面との距離が短いほど低下することが示された.また,衝撃波と蒸気泡との干渉を気液界面において生じる非平衡相変化を考慮して数値解析した.その結果,気泡から放射される衝撃波の強度や気泡中心の初期位置からの並進移動量が実験と良く一致すること,気泡が収縮している過程で入射衝撃波が作用する場合,気泡崩壊時に強い衝撃波が発生する条件が,入射衝撃波が作用する気泡収縮過程の位相に依存することなどの知見を得た.また,気泡崩壊を利用した治療性分子の輸送機構の解明のために,生体壁近傍での気泡の崩壊を数値解析した.その結果,生体内への治療性分子の輸送が,壁の音響インピーダンスと気泡崩壊時の界面形状に依存し,柔らかい壁の方が生体内への輸送量が増加することが明らかとなった.
強い衝撃波の発生源としてレーザ誘起気泡生成時の球面衝撃波を用いることにより,狭い流路内での衝撃波と気泡群との干渉を解析した.その結果,高速度ビデオカメラによる観測画像の輝度値を空間平均することにより,気泡の体積振動に起因する圧力波の伝播速度を算出でき,その速度からボイド率が推定可能であることが示された.また,狭い流路内およびU型壁面近傍でのレーザ誘起気泡の崩壊挙動を高速度ビデオカメラで観測し,流路幅および壁面形状が気泡崩壊に及ぼす影響を調査した.その結果,液体ジェットの発生が流路幅と気泡最大半径に大きく依存すること,U型壁面近傍では平面上の液体ジェットが形成されることなどの知見を得た.

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] 気泡流中における圧力波の伝播解析による局所ボイド率の推定に関する検討2013

    • 著者名/発表者名
      小笠原紀行
    • 雑誌名

      日本機械学会関西支部第88期定時総会講演会講演論文集

      巻: No. 134-1 ページ: 2/28

  • [雑誌論文] 気泡流中におけるレーザ誘起気泡の生成に伴う圧力波の伝播に関する実験的検討2013

    • 著者名/発表者名
      松熊修平
    • 雑誌名

      混相流 -混相流研究の進展-

      巻: 26巻 ページ: 577-585

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigations of Nonspherical Bubble Collapse near Boundaries by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Jinbo, T. Ogasawara and H. Takahira
    • 雑誌名

      Proceedings of the Eighth International Symposium on Cavitation (CAV 2012)

      ページ: 643- 648

    • DOI

      DOI:10.3850/978-981-07-2826-7_202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Numerical Simulations of Nonspherical Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Jinbo and H. Takahira
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings (Nonlinear Acoustics)

      巻: Vol.147 ページ: 139-142

    • DOI

      DOI:10.1063/1.4749315

  • [雑誌論文] Ghost Fluid 法を用いた非平衡相変化を伴う気泡崩壊に関する数値解析2012

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 78巻 ページ: 1302-1317

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 気泡流中におけるレーザ誘起気泡の生成に伴う圧力波の伝播に関する実験的検討2012

    • 著者名/発表者名
      松熊修平
    • 雑誌名

      日本混相流学会年会講演会2012講演論文集

      巻: 1巻 ページ: 92-93

  • [雑誌論文] Ghost Fluid 法を用いた衝撃波とキャビテーション気泡との相互干渉に関する数値解析(非平衡相変化の影響)2012

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 雑誌名

      日本流体力学会 年会2012 講演論文集

      巻: USB-flash ページ: Total 4 pages

  • [雑誌論文] 衝撃波と蒸気泡との干渉に及ぼす非平衡相変化の影響2012

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 雑誌名

      キャビテーションに関するシンポジウム(第16回)講演論文集

      巻: USB-flash (No. A1-6) ページ: Total 5 pages

  • [雑誌論文] Ghost Fluid法を用いた剛体壁面近傍におけるキャビテーション気泡の崩壊に関する数値的検討2012

    • 著者名/発表者名
      板谷翔平
    • 雑誌名

      第26回数値流体力学シンポジウム講演予稿集

      巻: USB-flash (No. C02-1) ページ: Total 5 pages

  • [雑誌論文] 壁面近傍における気泡崩壊に伴う薬剤輸送に関する数値シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      葛谷健士郎
    • 雑誌名

      第26回数値流体力学シンポジウム講演予稿集

      巻: USB-flash (No. C04-4) ページ: Total 7 pages

  • [学会発表] 気泡流中における圧力波の伝播解析による局所ボイド率の推定に関する検討2013

    • 著者名/発表者名
      小笠原紀行
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第88期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪市,大阪工業大学
    • 年月日
      20130316-20130317
  • [学会発表] Ghost Fluid法を用いた剛体壁面近傍におけるキャビテーション気泡の崩壊に関する数値的検討2012

    • 著者名/発表者名
      板谷翔平
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京都,国立オリンピック記念青少年総合センター
    • 年月日
      20121218-20121220
  • [学会発表] 壁面近傍における気泡崩壊に伴う薬剤輸送に関する数値シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      葛谷健士郎
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京都,国立オリンピック記念青少年総合センター
    • 年月日
      20121218-20121220
  • [学会発表] 衝撃波と蒸気泡との干渉に及ぼす非平衡相変化の影響2012

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 学会等名
      キャビテーションに関するシンポジウム(第16回)
    • 発表場所
      金沢市,金沢工業大学
    • 年月日
      20121123-20121124
  • [学会発表] Ghost Fluid 法を用いた衝撃波とキャビテーション気泡との相互干渉に関する数値解析(非平衡相変化の影響)2012

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2012
    • 発表場所
      高知市,高知大学
    • 年月日
      20120916-20120918
  • [学会発表] 気泡流中におけるレーザ誘起気泡の生成に伴う圧力波の伝播に関する実験的検討2012

    • 著者名/発表者名
      松熊修平
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演会2012
    • 発表場所
      柏市,東京大学
    • 年月日
      20120809-20120811
  • [学会発表] Direct Numerical Simulations of Nonspherical Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      H. Takahira
    • 学会等名
      The 19th International Symposium on Nonlinear Acoustics
    • 発表場所
      東京都,早稲田大学
    • 年月日
      20120521-20120524
  • [学会発表] Numerical Investigations of Nonspherical Bubble Collapse near Boundaries by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Jinbo
    • 学会等名
      The Eighth International Symposium on Cavitation (CAV 2012)
    • 発表場所
      Novotel Clarke Quay, Singapore
    • 年月日
      2012-08-14

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公開日: 2014-07-24  

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