キャビテーションの弱非線形効果を利用した水中高速音響ソリトンの実現と応用

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キャビテーションにおける弱い非線形効果の利活用に着目し、水中の気泡の弱非線形振動とそれに伴う気泡流中圧力波の弱非線形伝播を調べるという目的に対し、本年度も、理論的手法を主軸に、数値的手法を併用し研究を行った。その結果下記成果が得られ、9編の査読付雑誌論文が掲載・採択された：(1)昨年度に続き、多分散性のモデリングに関して、異なるアイデアと定式化に基づく理論解析と数値計算を行い、Phys. Fluids とInt. J. Multiph. Flowに各1編が掲載された。(2)昨年度に続き、鮎貝崇広(代表者主宰研究室所属学生／JSPS特別研究員DC1）を中心として、気泡流の二流体モデル方程式の構築および安定性解析に着手し、1編がInt. J. Multiph. Flowに採択された。本研究全般の解析精度向上等に資することが期待される。(3)ゼラチンなどの粘弾性媒質中のキャビテーションの実験的研究が盛んな中にあり、ソフトマターや下記医療応用（超音波腫瘍焼灼など）への展開が昨今注目されている。これにも資する数理モデリングを見据え、粘弾性気泡流中の超音波の解析に新規着手した。液相の弾性を考慮した理論解析と数値計算を行った成果が、Phys. Fluidsに掲載された。更に現在、マグマ流動の発泡に関連する研究にも着手している。(4)非線形効果の応用例の1つとして、超音波診断領域において、超音波造影気泡に係る数理モデルを構築した(Phys. Fluidsに2編掲載、Nonlinear Dyn.に1編掲載）。(5)ここまでの研究成果を社会実装・技術開発に向けて行った提案「水管の損傷回避と洗浄を両立可能な新技術の開発」が、わかしゃち奨励賞を受賞した。現在、各成果の深化・統合・一般化を行っている。上記成果を含む業績に対して、代表者が、日本流体力学会竜門賞などを受賞したことも、本研究成果への一客観評価として重要といえる。