研究発表

直径数μmの高速液体ジェットを作り出すための実験手法を新たに提案した。水面に数mmの穴をあけたシリコンウエハーを置き、その液体側に衝撃波を集束させることでキャビテーション気泡を発生させ、極細の高速ジェットを実現した。

マイクロ流路におけるキャビテーション初生を観察する実験手法を提案した。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再現性の高い均質キャビテーション初生の観察を実現した。圧縮性流体シミュレーションを援用した非侵襲圧力計測により、初生圧力の推算を行った。

マイクロ流体デバイス中における液滴合体を集束ナノ秒パルスレーザーにより動的にコントロールする手法を開発した。さらに、バイオ研究における応用例を提案した。

マイクロ流体デバイス中におけるキャビテーション初生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再現性の高い均質キャビテーション初生の観察を実現した。

マイクロ流体デバイス中における液滴合体を集束ナノ秒パルスレーザーにより動的に誘起する手法を開発した。合体した液滴間における物質移動現象ならびに化学反応を高速度カメラにより観察した。

液滴の高速固体壁衝突における固体壁の音響インピーダンスの影響を高次精度圧縮性流体計算により定量評価した。高速液滴衝突による固体表面の洗浄に関連づけて、液滴中に発生する衝撃波圧力の計算を行った。

液滴が固体壁に衝突する際の壁変形の効果を、高次精度有限体積法による圧縮性流体シミュレーションを行い検討した。液滴ならびに固体壁を圧縮性流体として取り扱い、衝突時に発生する衝撃波圧力と壁変形の関係を考察した。

円管内部の均質気泡流に対し、管変形を考慮に入れた定常衝撃波理論を提案した。水撃実験との比較により、衝撃波速度の計算において気相圧縮性に起因する非線形効果を無視できないことを指摘した。

円管内部の分散気泡流に対し準一次元の連続体流れモデルを定式化し、管変形を考慮に入れた定常衝撃波理論を新たに導出した。定常衝撃波マッハ数に対する気相圧縮性の影響の定量評価を行った。

線形音響波・衝撃波と一次元バブルスクリーンの干渉に関する数値シミュレーションを行った。気泡力学のもつエネルギー消散作用が衝撃波のエネルギー吸収に利用できることを安全工学の見地から議論した。

液滴が高速で固体壁に衝突する際の壁変形の効果を、高次精度有限体積法による圧縮性流体シミュレーションを通じて検討した。液滴ならびに固体壁を圧縮性流体として取り扱い、衝突時に発生する衝撃波圧力と壁変形の関係を考察した。

気泡径分布をもつ均質気泡流に対する物理・数理モデルを提案した。衝撃波伝播に関する数値シミュレーションにより、気泡径分布が付加的な減衰機構として気泡群力学に寄与することを示した。さらに、一次元バブルスクリーンを通過する平面衝撃波のシミュレーションを行い、衝撃波減衰機構を検討した。

気泡径分布をもつ均質気泡流中における衝撃波伝播を数値的に解き、その衝撃波波形を考察した。気泡径分布が大きくなるにつれて、気泡振動の位相相殺効果による付加的減衰が支配的になり、衝撃波面形状が個々の気泡振動に関わる物理減衰の影響を受けなくなることを示した。

低ボイド率の均質気泡流中の線形音響波ならびに衝撃波伝播におけて、気泡径分布がもたらす影響を数値シミュレーションにより検討した。径分布が存在する場合は気泡振動の位相相殺効果により、気泡群力学に対し減衰機構として付加的に現れることを示した。

気泡間の相互干渉を無視した（One-way-couplingの）分散気泡流において、気泡径分布が付加的な減衰機構として気泡群力学に影響を及ぼすことを数学的に示した。非粘性計算の場合でも、気泡振動の位相相殺効果により、見かけ上気泡群は体積振動を起こさないことを証明した。また、気泡径分布に対するモーメントの計算負荷低減手法を提案した。

気泡間の相互干渉を無視した（One-way-couplingの）分散気泡流において、気泡径分布が付加的な減衰機構として気泡群力学に影響を及ぼすことを数学的に示した。非粘性計算の場合でも、気泡振動の位相相殺効果により、見かけ上気泡群は体積振動を起こさないことを証明した。

From the perspective of ultrasound-based medical applications, it is important to investigate the temperature rise of the viscoelastic medium around a bubble oscillating under long-term ultrasound irradiation. In this study, a Rayleigh–Plesset-type (RP) model of a spherical gas bubble is numerically solved, taking the temperature rise of the surrounding medium into account. Moreover, a visualization setup with a high-speed camera is devised, allowing for measuring with a thermocouple the temperature rise of a gelatin gel around a micron-sized bubble oscillating under 28-kHz ultrasound for 2 seconds. It is experimentally observed that the decrease in viscoelasticity of the surrounding medium due to the temperature rise leads to the increase in fluidity of the medium, thus leading to translational motion and fission of the bubble. The temperature rise prediction based on the RP model shows deviation from the experimental measurement once the bubble shows these non-spherical oscillations with fission.

高音圧超音波を照射した水中では、超音波周波数に応じてマイクロ径からサブミリ径の微細気泡（ファインバブル）が発生する。超音波加振により体積的に振動するファインバブルは、固体壁面上で強いせん断流れを局所的に生成することから、壁面に付着するコンタミ粒子の除去に寄与する。本講演では、粒子の再付着の恐れの少ない超音波水流を用いた洗浄プロセスにおけるファインバブルの役割について、可視化による観察結果に基づき解説する。