研究発表

ガス過飽和下にあるゼラチンゲルに赤外線ナノ秒パルスレーザーを集束照射することにより初生した気泡の物質拡散による成長を観察した。線形弾性体中気泡の準静的成長を記述する拡張エプスタイン・プリセットの式を導出し、実験と比較することにより、ゲル弾性による成長の阻害効果を定量的に評価した。

液膜で覆われた剛体壁への液滴の高速衝突に伴う壁面せん断力を圧縮性ナビエ・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。液滴衝突誘起の液膜内せん断流れが、壁面に付着するコンタミ粒子の除去に寄与することを、one-wayカップリング法に基づき指摘した。

ゼラチンゲルのキャビテーション初生圧力を算定するための実験および解析法を構築した。パルスレーザー集光により生成される球形衝撃波とガス気泡の干渉を利用し、ゲル中にキャビテーションを誘発した。レーザー誘起衝撃波の時間発展に基づき、ゲルの圧力場を圧縮性オイラー計算から構築し、キャビテーション初生圧力を算定した。

水中溶存酸素をパージするための窒素マイクロバブル曝気すなわち窒素置換の実験を行った。大気開放の水槽に入れた水道水に対し窒素マイクロバブル曝気を適用することにより、溶存酸素量が劇的に低減することを確認した。さらに、窒素曝気水中の発泡気泡の成長速度を、（酸素および窒素の）2成分の物質拡散を考慮したエプスタイン・プリセットの式と比較することにより、溶存窒素量を算定した。

ゼラチンゲル中に球形ガス気泡の自由振動を可視化するための実験系を構築した。線形・非線形弾性固体中の気泡の崩壊時間を定式化する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、気泡崩壊に対するゲル弾性の影響を評価した。

超音波照射下の剛体壁近傍の気泡の運動を、非粘性の圧縮流体シミュレーションに基づき解析した。気泡の崩壊時に壁面に向かうジェット流が形成されることを示した。

物質拡散によるゼラチンゲル中の気泡の準静的成長を可視化するための実験系を構築した。ゲル中気泡の準静的成長を記述する拡張エプスタイン・プリセットの式を導出し、実験と比較することにより、ゲル弾性による成長の阻害効果を評価した。

空気バブリングにより生成した曝気水中の溶存窒素量を計測する手法を提案した。ガラス壁面上で発泡したガス気泡の準静的成長を、（酸素および窒素の）2成分の物質拡散を考慮したエプスタイン・プリセットの式と比較することにより、溶存窒素量の算定を可能とした。

グリセリン水溶液中の球形ガス気泡の自由振動を高速度カメラで撮影し、レイリー・プリセット解と比較することにより、気泡振動における熱力学的散逸効果を評価した。さらに、振動気泡より放射される音響波をハイドロフォンにより計測し、音響波伝播における粘性散逸の効果を評価した。

液滴の剛体壁への高速衝突に伴う壁面せん断力の評価のための数値シミュレーション手法を提案した。圧縮性ナビエ・ストークスの式を支配方程式する衝撃波・界面捕獲の数値シミュレーションを行うことにより、高速液滴衝突に対する粘性および圧縮性の影響に関する定量評価を実現した。

粘弾性固体中における単一気泡と衝撃波の干渉を可視化する実験系を構築した。ゼラチン中にナノ秒赤外線レーザーパルスを集光することで作成した球形ガス気泡近傍で、同レーザー誘起のプラズマの急膨張により衝撃波を発生させた。気泡と衝撃波の干渉を、ナノ秒緑色レーザーパルスを光源に用いたストロボ法により可視化し、反射衝撃波によるキャビテーションの初生を確認した。

ゼラチン中の球形気泡に対し（気泡の体積振動の固有振動数より高周波の）MHz帯の超音波を照射することで誘起される並進運動の履歴を高速度カメラにより可視化した。線形粘弾性固体を仮定したモデルとの比較を行い、ゼラチンの剛性を見積もった。

液体ジェット洗浄における付着粒子の剥離メカニズム解明のための数値シミュレーションを行った。圧縮性Navier-Stokes方程式に基づく直接数値シミュレーションにより、2次元液滴の剛体壁への高速衝突現象の解析を行った。液滴衝突に伴う水撃およびせん断流形成を捕獲することにより付着粒子に働きうるトルクの見積もりを可能とした。

キャビテーションによるエロージョンを低減するための超音波キャビテーション洗浄法を新たに提案した。洗浄液としてガス過飽和水を用いることにより、低音圧によるキャビテーション気泡の初生を実現し、洗浄体表面において穏やかな気泡の体積振動を駆動することで、表面に付着した不純固体粒子の除去を可能とした。

高粘性液体中の単一ガス気泡の自由振動を観察するための実験系を構築した。グリセリン中にナノ秒緑色レーザーパルスを集光し、数百マイクロ径の球形の単一ガス気泡を生成した。気泡の自由振動周期における重力による気泡の浮上運動は無視できることから、球形の体積振動を観察することが可能となった。

固体壁への液滴の高速衝突の現象解明のための非粘性圧縮性流体シミュレーションを行った。水撃衝撃波と液滴界面の干渉により生じるキャビテーション気泡の崩壊圧をRayleigh-Plesset型方程式により評価し、気泡崩壊が固体壁面のエロージョンを引き起こす可能性を指摘した。

酸素マイクロバブルを用いた曝気による酸素過飽和水の生成を解説し、酸素過飽和水を援用したエロージョンフリーの超音波キャビテーション洗浄技術の開発への展望を紹介した。

ナノ秒パルスレーザーを粘弾性体中に集束することにより誘起される一連の現象（プラズマ生成、衝撃波放射および蒸気気泡の膨張運動）を可視化するための光学系を構築した。ゼラチン中に作成した球形ガス気泡とレーザー誘起衝撃波の干渉によるキャビテーションの生成に成功した。

粘弾性体中における超音波照射下の単一球形ガス気泡の体積振動を可視化する光学系を構築した。微小振幅の圧力変動に対する球形気泡（群）の体積振動の実験値とRayleigh-Plesset方程式の線形解との比較により、ゼラチンの粘性係数・弾性係数を計算した。

MHz帯の超音波照射による粘弾性体中のマイクロバブルの並進運動を高速度カメラにより観察した。超音波照射下の気泡の並進量とVoigtモデルに基づく線形理論との比較により、粘弾性体の弾性係数を計算した。