内部および界面現象を考慮した気泡群の力学に関する解析

考虑内部和界面现象的气泡群动力学分析

基本信息

批准号：
05750166
负责人：
高比良裕之
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

上記研究課題に関する研究を以下のごとく行った。球面調和関数展開を用いて,気泡間の相互作用に起因する個々の気泡の3次元並進運動・変化,ならびに気泡内の非凝縮性気体に関する熱の移動(温度勾配)を考慮した気泡群の運動方程式を導出した。本運動方程式を振動圧力場中での気泡群の非線形振動問題に適用し,以下の知見が得られた。(1)気泡の半径方向の振動は,気泡内部および気泡壁での温度勾配の影響を強く受けるため,気泡内気体に断熱変化を仮定して解析することはできない。(2)気泡変形があまり大きくない範囲内では,表面振動(変形)に及ぼす気泡内気体の温度勾配の効果は,気泡の半径方向の振動を介して現れる。(3)気泡の半径方向の振動があまり激しくない範囲内では,気泡内部および気泡壁での温度勾配が気泡の固有振動数ならびに減衰率に及ぼす効果を,線形理論から導かれる有効ポリトロープ指数ならびに有効粘性係数を用いて評価することにより,気泡の半径方向の振動特性をポリトロープ変化を仮定して予測することが可能である。しかし,気泡の表面振動は,半径方向の振動特性に強く依存しているため,有効ポリトロープ指数ならびに有効粘性係数を用いても表面振動特性を正確に予測することは困難である。(4)本理論の適用範囲内では気泡内での温度分布はほぼ球対称と見なせる。現在上記理論を用いて,液体内での温度境界層の効果を検討するとともに,気液界面での物質移動(蒸発・凝縮)の効果を考慮した気泡群の力学理論に拡張しているところである。さらに,球面調和関数展開を用いた本理論では扱えない気泡の大変形を考慮するために,境界要素法とコントロールボリューム法を用いて数値的に解析する手法を開発中である。

对上述研究主题进行的研究如下进行。使用球形谐波扩展，我们得出了气泡基团的运动方程，考虑了三维的转换运动和由于气泡之间的不可强化气体而导致的三维翻译运动以及由于气泡之间相互作用而引起的单个气泡的变化（温度梯度）。该运动方程式应用于振动压力场中气泡基团的非线性振动问题，并获得了以下发现。（1）由于气泡径向的振动受气泡内部温度梯度和壁的强烈影响，因此无法在假设气泡内的气体中进行绝热变化的假设进行分析。（2）在气泡变形不是很大的范围内，气泡内部气体的温度梯度对表面振动（变形）的影响通过气泡的径向振动出现。（3）在气泡的径向振动不太强烈的范围内，可以通过评估气泡内部的温度梯度和气泡壁对固有频率和抑制速率的载体速度的影响，并使用有效的多层指数和有效的粘度系数源自局部的固有频率和阻尼速率来预测气泡的径向振动特性。但是，由于气泡的表面振动在很大程度上取决于径向方向上的振动特性，因此即使使用有效的多质指数和有效的粘度系数，也很难准确预测表面振动特性。（4）在该理论的范围内，气泡内的温度分布几乎是球面对称的。目前，使用上述理论，我们正在研究液体内的温度边界层的影响，并将其扩展到气泡基团的动态理论，并考虑到气液界面上传质（蒸发和凝结）的影响。此外，为了考虑使用球形谐波扩展无法通过该理论来处理气泡的大变形，目前正在开发使用边界元素方法和控制音量方法的数值分析方法。