2014 Fiscal Year Annual Research Report
経路積分を用いた気泡流の新理論体系の提案とその医工学応用
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14J01417
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
川原 潤也 北海道大学, 工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| Keywords | 気泡 / 気泡流 / 気泡力学 / 気泡群 / 混相流 / 音波 / 音速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、気泡を利用した医療技術の理論的基盤の整備を目的としており、気泡を注入した毛細血管内の超音波の伝播を高精度かつ簡易的に取り扱うことを可能にする理論体系の構築を目指している。
気泡流に関する従来の研究の多くは、気泡を含む液体中の音波の伝播を、連続体モデルに基づいて解析してきた。しかし、管径が小さく、ごく少量の気泡しか注入できない毛細血管内の音波の伝播の解析に、無数の気泡の存在を前提とする連続体モデルを適用することはできない。そこで、本研究では、量子力学で用いられる経路積分に着想を得た気泡流の新しい解析手法を提案し、任意の個数の気泡を含む液体中の音波の伝播を体系的に取り扱うことを可能にする理論を構築する。本年度は、経路積分を用いた気泡流の解析手法の確立に向けた理論解析と数値解析を実施し、下記の成果を得た：
１．気泡個々の運動を記述する運動方程式に基づいて気泡流中の音波の伝播を再考察し、連続体モデルを用いずに多数の気泡を含む液体中の音速を記述する理論を構築した。
２．10個の気泡を配置した矩形管内における平面波の伝播を数値解析し、管内を伝播する音波の位相速度の非定常変化を調べた。解析結果から、管内を伝播する音波の位相速度は、液単相の音速から気泡流の音速に変化することが明らかとなった。
３．単一の気泡を配置した矩形管内における平面波の伝播を理論解析し、管内を伝播する音波の位相速度の非定常変化を記述する理論モデルを構築した。また、液体中に気泡が存在することによって生じる音速の低下の機構を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画のとおり、気泡を配置した矩形管内における音波の伝播の解析を遂行した。解析結果から、液体中に気泡が存在することによって生じる音速の低下の機構が解明されるなど当初の想定以上の成果が得られており、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度の研究によって得られた理論を拡張し、任意の個数の気泡を配置した管内の音波の伝播を体系的に取り扱うことを可能にする理論の構築に注力する。
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Research Products
(2 results)
