研究発表

変形を考慮した固体壁に対する液滴の高速衝突の圧縮性流体シミュレーションを行い、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放射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。

大気圧下の水道水循環系に対し、酸素マイクロバブルを用いた曝気を連続的に行うことにより、酸素過飽和水を生成した。溶存酸素計および発泡気泡の成長速度観察により、その過飽和状態の準安定性を定量評価した。

変形を考慮した固体壁に対する液滴の高速衝突の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負圧が生じ、液滴内部に不均質キャビテーションが発生しうることを示した。

水道水の循環システムに対し気泡曝気を適用することにより、ガス過飽和水の生成に成功した。曝気水中に意図的に初生させたサブミリ径のガス気泡の成長が観察されたことから、曝気水がガス過飽和であることを実証した。

粘弾性体であるゼラチン中の単一ガス気泡と集束超音波の干渉に関する可視化実験を行った。気泡の非線形体積振動を粘弾性気泡モデルのシミュレーションと比較することにより、気泡力学に対する粘性および弾性の影響を定量評価した。

粘弾性体中における超音波照射下の単一ガス気泡の運動を可視化する実験手法を開発した。ゼラチン中にナノ秒バルスレーザーを集光しプラズマを発生させることにより作成した球形ガス気泡に超音波を照射し、その体積振動を高速度カメラにより撮影する光学系を構築した。

空気過飽和水を用いた超音波洗浄技術を新たに提案した。ベンチュリー式の曝気法により水道水への空気溶存を促し、空気過飽和水を生成した。この空気過飽和水中に被洗浄体を浸し、集束超音波を照射した際、洗浄表面でガス性ギャビテーション気泡が発生し、その気泡の体積振動が洗浄効率の向上に寄与することを実験的に示した。

レーザー誘起の衝撃波と気泡の干渉を利用することにより、キャビテーションを初生させ、その初生確率を計算した。圧縮性流体シミュレーションと比較することにより、統計的なキャビテーション初生圧力の推算を行った。

一次元キャビテーション気泡群の初生から崩壊に至る力学挙動を記述する物理モデルの提案ならびに数値シミュレーション手法の開発を行った。一次元衝撃波と可動壁の干渉に関するテイラーの問題で発生するキャビテーション気泡群の力学を均質気泡流モデルとRayleigh-Plessetの式のカップリングにより記述することにより、初生ならびに崩壊時に重要となるキャビテーション気泡の非定常運動のシミュレーション予測が可能となった。

液体粘性がキャビテーション初生力学に与える影響を実験的に考察した。マイクロチャネル中のグリセリンにおいて、レーザー衝撃波と自由界面の干渉により負圧状態を動的に作り出し、キャビテーションの可視化を行った。液体粘性がキャビテーション初生を阻害することを実証した。

拡張ナノチャネルで挟まれた液膜におけるジェット力学を高速度カメラにより観察した。液膜中のガス気泡とレーザー誘起キャビテーションの干渉を利用することにより、高速液体ジェットを発生させた。

高粘度液体中のキャビテーション初生力学の実験的観察を行った。マイクロ流路にグリセリンを封入し、レーザー誘起衝撃波と自由界面の干渉により作り出した負圧により発生するキャビテーション気泡群の可視化を行った。

ナノチャネル中の二次元気泡力学に関する拡張Rayleigh-Plessetの式を新たに導出し、チャネル壁からの粘性抵抗の気泡崩壊遅延効果を定量的に評価した。実験との比較により、拡張モデルの妥当性を確認した。

液圧が飽和蒸気圧より高い場合であっても、単純せん断流れにおける引張応力成分によりキャビテーションが発生することを実験的に確認した。水で満たしたガラス表面上に赤外線レパルスーザーを集束させ強い衝撃波を作り、衝撃波通過後ガラス表面に形成する強いせん断により発生したキャビテーションの可視化を行った。

拡張ナノ空間における二次元気泡の運動を観察するための実験手法を提案した。高さ数100nmのチャネルに水を封入し、ナノ秒パルスレーザーを集束させ二次元キャビテーション気泡を生成し、その力学を高速度カメラにより撮影した。

マイクロ流路内に封入したエタノールに赤外線ナノ秒レーザーパルスを集束し水中爆発現象を再現することにより、均質気泡核生成に起因する再現性の高いキャビテーション初生の観察を可能とした。

拡張ナノ空間における二次元気泡の運動を観察するための実験手法を新たに開発した。高さ数100nmのチャネルに水を封入し、ナノ秒パルスレーザーを集束させることにより、二次元キャビテーション気泡を生成した。

拡張ナノ空間中の液膜におけるジェット形成を高速度カメラにより観察した。液膜中のガス気泡とレーザー誘起衝撃波ならびにキャビテーションとの干渉を利用することにより、ナノスケール空間における高速液体ジェットの発生に成功した。

マイクロ流路内に封入した液中に赤外線ナノ秒レーザーパルスを集束し水中爆発現象を再現することにより、再現性の高いキャビテーション初生の観察を可能とした。高次精度圧縮性流体シミュレーションとの比較により、（圧力プローブを使用しない）均質キャビテーション初生圧力の非侵襲計測を実現した。

マイクロ流体デバイス中における均質キャビテーション初生気泡群を観察する実験手法を新たに提案した。レーザー誘起衝撃波と自由界面の干渉を利用し、液中に強い引張波を発生させキャビテーションを誘発した。圧縮性流体計算との比較により、キャビテーション初生圧力を決定した。