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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750166/
• 关键词: 気泡群; 気泡力学; キャビテーション; 内部現象; 熱的効果; 気泡間相互作用; 非線形振動; 表面振動

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。

The above research topic is related to the following research. Spherical harmonic expansion is used to derive the equations of motion of the bubble group by taking into account the three-dimensional translational motion of the bubble due to the interaction between the bubbles, and the thermal motion (temperature matching) of the non-condensable body within the bubble. This equation of motion is applicable to the problem of nonlinear vibration of gas bubbles in vibration pressure field. (1)The radial vibration of the gas bubble is strongly influenced by the temperature matching between the gas bubble interior and the gas bubble wall, and the thermal deformation of the gas bubble interior is determined. (2)The shape of the bubble is large, the surface vibration (shape) is large, and the temperature matching effect of the bubble is large. The radial vibration of the bubble is large. (3)The vibration in the radial direction of the bubble is excited and the temperature of the bubble inside the bubble is adjusted. The natural vibration number of the bubble is reduced. The linear theory is used to evaluate the vibration characteristics in the radial direction of the bubble. It is difficult to accurately predict the surface vibration characteristics of bubbles due to their strong dependence on the radial vibration characteristics. (4)The temperature distribution in the bubble is similar to that in the sphere. Now the theory is applied to the discussion of the effect of temperature boundary layer in liquid, and the effect of material movement (evaporation and condensation) at liquid interface. In this paper, spherical harmonic expansion is used to consider the large shape of bubbles, and the boundary element method is used to analyze the middle value.

项目成果

Hiroyuki Takahira: "Nonlinear Oscillations of Bubbles and Chaos" Proceedings of the International Symposium on Aerospace. VOl.1. 419-426 (1993)

Hiroyuki Takahira：“气泡和混沌的非线性振荡”国际航空航天研讨会论文集。