気泡クラスタを形成する気泡間相互作用の解明と工学モデルの作成

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２つの気泡間相互作用メカニズムを明らかにするため，本年度は実際の変形を考慮して3次元的に水平方向に並んで上昇する２気泡について数値解析を行い，その挙動を調査した．また，気泡周りの流動構造を調査し相互作用のない単一気泡周りの流れおよび球形を仮定した２気泡周りの流れと比較検証を行った．本研究の内容は学会および論文掲載を通して行った．１．数値解析の結果から従来通りアスペクト比が小さく球形に近い気泡同士には引力が働くことを確認した．しかし，扁平した気泡には斥力が働くことを確認した．気泡のパラメータがzigzag螺旋運動など不安定挙動を行う領域ではその斥力がはっきり出現するが，扁平が進みさえすれば不安定挙動領域でなくとも気泡同士は近づかないことを明らかにした．２．気泡の後部にできる渦対は気泡運動を決定する重要な因子であると考えられている．しかし，水平方向に並んでいる気泡では，実際の相互作用が引力・斥力に関わらず，渦対自体は斥力を示す．従って，球形気泡では渦度起因の斥力が弱く，ポテンシャル流によって予測される相互作用によって気泡間の圧力が低下し引力が働いた．一方で扁平気泡では気泡の最大曲率が増加し，それによって気泡界面で生成される渦度が大きくなるため，渦度起因の相互作用が支配的になり不安定挙動領域でなくとも反発したと予想される．ただし，気泡に働く揚力は小さく界面応力から導出することは困難であった．気泡相互作用のモデル化には，あらかじめ回転楕円体を仮定した剛体気泡の数値解析が必要であると思われる．