複数気泡の相互干渉と気液界面の不安定現象

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本研究では複数気泡の相互干渉に起因する液体マイクロジェット形成などの気液界面の不安定現象に着目して,衝撃圧の増幅・減衰のメカニズム解明を試みた.実験的研究ではデジタルデレイとツインパルスルビーレーザを用いて生成時期の異なる2個のモデル気泡を発生させ,イメコン超高速度カメラによる挙動観察を行った.理論的研究として,気泡力学に特異点法を適用することにより,非圧縮,非粘性,軸対称の流れ場を仮定して位相の異なる2個の気泡の運動を解析した.ただし,気泡の初期条件としてレイリー気泡の速度ポテンシャルを用いた.ここでは得られた計算結果を実験結果と比較・検討することにより,キャビテーション損傷に直接関係する液体マイクロジェットの方向,速度や崩壊時間について新たな知見を与え,同時に本計算方法の妥当性と問題点を明らかにした.さらに2個の気泡の近傍に剛体壁が存在する場合に気泡と剛体壁との相互干渉についても研究を進めた.以下に本研究で得られた主な成果を示す.(1)2個の気泡の運動は剛体壁と隣接気泡との相対位置および位相差に大きく依存する.(2)剛体壁近傍の単一気泡は崩壊末期に壁面へ向かう液体マイクロジェットを形成することが大きな特徴のひとつだが,2個の気泡が存在する場合には相互干渉により壁面と反対方向に形成することもあり得ることを確認した.(3)壁面に近い側の気泡に形成される液体マイクロジェット速度は位相差に依存し,崩壊末期に隣接気泡が生成される場合とリバウンドの影響がある場合を除き,単一気泡のジェット速度よりも小さいことがわかった.また,問題点として,本計算方法では最大半径より決められたレイリー気泡を初期条件としているが,気泡間および剛体壁との相互作用により仮定した最大半径と計算によって得られる最大半径に違いが生じてしまうことが挙げられ,今後の改善が必要である.