細管出口近傍での吐出気泡の分裂振動音に関する研究

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水槽中に内径6mm外径8mmのガラス管を鉛直に配置し、その開口部からの吐出気泡の様子を調べたところ、約100mm/sで移動して出ていくスラグ気泡は自身の体積の200mm^3強をしきい値としてそれ以上だと分裂すること及びその時必ず音波を放出することが観測された。そこで200mm^3の気泡(吐出時に分裂しない)と400mm^3の気泡(分裂して2個の約200mm^3気泡が出ていく)を比べることで音波放出の機構が探れると考えた。ハイドロフォン計測によって、非分裂気泡からは全く音波は観測されず、400mm^3が分裂した物からは約900Hzの振動数で減衰振動する音波が観測された。これはRayleigh-Plessetの方程式から導かれる200mm^3の球形気泡の固有振動数と符合するものである。一方、両気泡の吐出時の連続的瞬間写真を撮影することで吐出時の高速な変形の様子が明らかになった。それによると、主に自らの浮力と表面張力とのバランスによって、いわゆるティアドロップ型に変形し、くびれた部分でひきちぎれて、その尻尾のような部分はほぼ球形の本体へめり込むように引き込まれていく様子が明らかになった。非分離気泡の場合もひきちぎれはしないが遅れて出てくる尻尾状の部分はやはり本体にめり込むように動き、両気泡の時間変化の様子は非常によく一致していた。そこでより詳しく音波レベルの微小な変形を計測するために、気泡の中心部及び1mmずれた部分を縦に切りとった流し写真を撮ってμmオーダーの変形の解明を試みた。それによると非分離気泡は周囲の水の渦運動によると思われる全体的な位置の振動をしているだけであるのに比べ、分離気泡は体積が膨張収縮を繰り返すように動いている様子が得られた。このことが音波の放出と結びついていると考えられる。今後は縦の振動以外に横方向の振動を解明することを計画している。