研究発表

剛体壁近傍の気泡崩壊現象を圧縮性、粘性および熱伝導を考慮したナビエ・ストークスの式に基づきシミュレーションし、気泡崩壊に伴う水撃および壁面せん断を評価した。複数気泡の崩壊の場合、気泡間の干渉により水撃圧力および壁面せん断応力が低減することを示した。

超音波脱脂のメカニズム解明のために、ガラス表面に付着した油滴内に生じる超音波キャビテーション現象の可視化実験を行った。高速度カメラによる可視化結果より、共振径よりも小さなキャビテーション気泡が油滴内に多数現れ、クラウドとして運動することにより脱脂洗浄の効率が向上することが示唆された。

200 kHzの超音波洗浄槽内に発現する超音波キャビテーション現象の可視化およびPIV解析を行い、キャビテーション気泡の分散流における気液二相のすべり速度に関する定量評価を行った。

酸素過飽和水を洗浄液とする超音波洗浄における音響キャビテーションの役割を、可視化実験およびシミュレーションに基づき、物理洗浄およびエロージョンの両側面から解説した。

超音波洗浄における音響キャビテーションの役割を、超音波洗浄槽内の可視化に基づき、物理洗浄およびエロージョンの両側面から解説した。

ゼラチンゲルの気泡核生成すなわちキャビテーション初生を可視化するための実験手法を開発した。ゲル中の赤外線ナノ秒レーザー誘起衝撃波とガス気泡の干渉により生成される負圧を利用し、キャビテーション初生を発生させた。以上の音響現象を、緑色ナノ秒パルスレーザーをバックライトにCCDにより撮像した。レーザー露光のタイミングは、光ファイバーを用いて光路長を変化させることによりナノ秒オーダーで調整した。

剛体壁面への液滴の高速衝突をシミュレーションするための数値解析手法を構築した。液滴衝突後、壁面上に急峻な液相速度こう配が形成されることから、壁面のすべりなし条件を緩和、すなわちナビエのすべり条件を適用することにより、計算を安定化できることを示した。

定在超音波により空中浮遊するmm径の液滴と数10 m/s程度の高速移動する飛翔体が衝突する様子を高速度カメラで撮影し、液滴が変形および分裂現象を飛翔体の移動速度の関数として整理した。

酸素マイクロバブルにより曝気した水中で発泡したガス気泡の成長を実験的に観察し、その成長速度を理論と比較することにより、溶存窒素濃度を算定した。その結果、酸素曝気による溶存窒素をパージする効果を確認した。

ゼラチンゲル表面に付着する水中ガス気泡の28 kHz超音波駆動の強制振動を、高速度カメラを用いて可視化した。共振条件下では、気泡振動は非球形となり、その崩壊時にはゲル表面に向かうジェットが形成されることを確認した。

ゼラチンゲルにおけるレーザー誘起衝撃波の伝播の時間発展を、高速度カメラを用いて撮影した。ゼラチン濃度の上昇に伴うゲル粘弾性の増大により、衝撃波の減衰率が高くなることを明らかにした。

ガラス壁面付着のガス気泡核の整流物質拡散による成長を実験的に観察した。超音波照射下の気泡の成長率は、壁面の存在により、孤立気泡のそれと比較し高くなることを示した。

28 kHz超音波洗浄槽内の酸素過飽和水中のキャビテーションが誘起する流動現象をPIVにより解析した。キャビテーション気泡は音響放射圧により洗浄槽内を並進、循環するため、液相流動が誘起されることが確認された。さらに、洗浄槽内を循環する振動気泡が、洗浄効果の増大に寄与することを実証した。

水中超音波照射による物理洗浄におけるキャビテーション気泡の力学的役割を、実験および数値解析による双方的なアプローチに基づき解明を試みた最近の研究を紹介した。

波長532 nmのパルスレーザー照射により誘起される水中ガス気泡初生に関する実験を行った。水中溶存酸素量をパラメーターとし、その初生確率を整理した。

ゼラチンゲル表面に付着する水中ガス気泡の自由振動および28 kHz超音波駆動の強制振動を、高速度カメラを用いて可視化した。共振条件下では、気泡の運動によるゲル表面の変形量が最大化されることを示した。

ゼラチンゲルにおけるレーザー誘起気泡の崩壊現象を高速度カメラによる可視化およびハイドロフォンによる圧力測定に基づき実験観察を行った。ゲルの非線形弾性を考慮した気泡の崩壊時間を記述する拡張レイリーの公式を導出し、実験で得られた崩壊時間と比較することにより、気泡崩壊に対する非線形弾性の効果を評価した。

波長532 nmのパルスレーザー照射により誘起される水中ガス気泡初生に関する実験を行った。水中溶存酸素量をパラメーターとし、その初生確率を整理した。

水耕栽培の野菜の成長速度を水中超音波により制御する方法を提案した。サニーレタスの水耕栽培に対し28 kHz水中超音波の照射を適用することにより、低音圧の場合は成長促進、高温圧の場合は成長抑制をもたらすことを示した。

剛体壁近傍の断熱ガス気泡のレイリー崩壊を圧縮性ナビエ・ストークスの式に基づく数値シミュレーションにより評価した。気泡の非球形崩壊による壁面近傍せん断流れの形成が確認された。すなわち、壁面近傍の気泡の非球形崩壊が物理洗浄に寄与することが示唆された。