音響キャビテーション噴流の発生に関する研究

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超音波音場中に発生する音響噴流の発生メカニズムが調べられた.はじめに,周波数40kHz帯の13個の振動子から構成される超音波洗浄用発振器ユニットを用いて,水槽内に定在波を形成した実験を実施した.出力300Wの超音波を照射した結果,定在波音場中では音響キャビテーション気泡が約1/3スケールのクラウドを形成して音場内を0.3〜0.6m/sの速度で塊となって移動する流れと,このクラウド内を気泡が数m/sの速度で運動する二重構造を持つことが明らかになった.定在波音場中の流れは循環流れである.次に,周波数60kHz帯の小型のホーン型振動子を用いて,波長と比べて十分広い空間に超音波を照射する実験を行った.その結果,ホーン先端近傍には多数のキャビテーション気泡が発生し,円錐状のクラウド・キャビテーションがホーン先端に形成される.気泡はこのクラウド内で激しく運動し,ホーン先端で最大の乱れ強さを示し,乱れの大きさは主流の40%にも達する.ホーン先端で発生したキャビテーション気泡は音響放射圧力によって振動面から遠ざかる方向に移動し,気泡の存在によって音波は進行方向にますます減衰し,進行波音場が形成され直進流が発生する.この流れはホーン先端の気泡クラウドの領域をポテンシャルコアとする軸対称噴流となっていることが明らかになった.この音響噴流は,超音波進行方向の前方に障害物が存在しても,流れは平板によって遮蔽されるが,超音波は平板を通過する.この技術を使えば外壁のあるような場合でも,内部の発熱体を冷却することが可能となる.音響噴流は超音波の定在波としての性質が薄れ,進行波としての性質が強くなることにより発生する.