振動圧力場における気泡の安定性とミクロ高速流動

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本研究では気泡のミクロ流動機構並びに衝撃圧発生機構の解明を目的として,振動圧力場における気泡(気-液界面)の安定性に着目した挙動解析を行った.また,強制振動ではなく隣接気泡の非線型振動との相互作用についても2個のモデル気泡の挙動観察を通して解明を試みた.まず,気泡内部のガスが断熱変化すると仮定し,周囲圧力が正弦波状に変化する場合の主な結果を以下に示す.(1)気泡の安定性は流れ場の幾何形状と関わり,気泡近傍に剛体境界面が存在する状況では境界面に向かう液体マイクロジェットを形成する場合がある.(2)液体マイクロジェットの形成は周囲圧力の振動数が気泡の固有振動数よりも小さい場合に顕著に現れる.(3)液体マイクロジェット形成後,気泡の収縮・膨張運動と無関係にジェットは慣性力で気泡内部を貫通する.さらに2個気泡の実験から次の結果が得られた.(1)壁面近傍で崩壊過程にある気泡の反壁面側に新たな気泡を生成すると崩壊が促進され,材料面にはマイクロジェットの径に対応する損傷ピットが観察された.すなわち,気泡-気泡の相互干渉により衝撃圧が増幅される例が示された.(2)ほぼ等しいサイズ比で同時に生成された気泡は互いに引き合う傾向があるのに対し,生成時期が異なる場合の並進運動は位相に依存し,広い範囲で遠ざかる傾向がある.