| Research Abstract |
(1)数値解析
境界要素法と有限体積法を併用して,非球形気泡の力学ならびに液体ジェット貫通後のトロイダル気泡の力学を解析する手法を考案し,気泡表面ならびに気泡内部の熱移動が気泡の非球状崩壊に及ぼす効果を解析した.また,本数値計算手法に,内部気体の実在気体効果を考慮するために,内部気体の状態方程式として,van der Waalsの状態方程式を用いた定式化を行い,数値計算を実行した.その結果,(1)実在気体効果により,気泡内部の温度境界層は薄くなり,気泡内部の最大圧力が理想気体の場合に比べて上昇すること,(2)実在気体の効果は,見かけの熱伝導率ならびに見かけの断熱指数を定義することにより説明できること等を明らかにした.
また,上記手法とは別に,液体の圧縮性を考慮しつつ,界面を鋭く捕らえるために,Ghost Fluid法を用いた圧縮性気液二相流の数値解析手法を検討した.特に界面近傍での数値振動を抑制するために,界面での圧力ならびに速度の取り扱いを調べた.その結果,水・空気系のように片方の流体が非常に硬い場合,気体側を計算する際は,圧力を気体側から液体側に補間し,液体側を計算する際は,速度を液体側から気体側に補間することが有効であることが示された.
(2)実験解析
直径10mm程度,固有振動数1MHz程度の集束超音波振動子を試作し,局所的にキャビテーションを発生させることを試みた.圧力場の測定の結果,ほぼ集束音場が形成されていることを確認した.また,本実験において気泡核として用いる予定の超音波造影剤用のマイクロバブルを,レーザトラッピング法を用いて捕捉し,その挙動を高速度カメラを用いて観測した.その結果,表面張力ならびに界面活性剤による皮膜の影響で,内部気体の拡散が抑制され,半径4μm以下のマイクロバブルが非常に安定であることが示された.今後,本マイクロバブルがキャビテーションのための気泡核として利用する計画である.
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