微視的高速度観測による微小気泡と衝撃波の干渉現象の解明

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本研究では衝撃波とマイクロバブルの干渉により効果的に殺菌可能な高圧を発生させるために、微小気泡の圧壊メカニズムの可視化観察および圧力計測を行った。水中放電によって発生する水中衝撃波をミリからマイクロサイズの気泡に干渉させて、その様子を顕微鏡と高速度カメラを組み合わせた拡大撮影装置を用いて観察すると同時に圧力計測を実施した。これらの結果から微小気泡の圧壊による殺菌技術応用について検討を行う。微小気泡は、NaCl結晶より発生し、単一や数個の気泡を水槽内の所定の位置に設置した。気泡サイズは100～200μmと50～100μmを作成し、単一気泡発生と気泡群を発生して、自由状態と付着状態設定した。導入衝撃波は、パルス高圧電源(HPS18K-A,玉置電子工業)によって水中放電で発生させ、放電位置を気泡位置に対して周囲任意の角度で実施できるように作製した。衝撃波によって、気泡と気泡群の振動、遷移、融合、分裂、ジェット、形状変化について観測した。圧力計測には光学式圧力変換器(FOPH2000 : Fiber Optic Probe Hydrophone、RP acoustics)を用いて高い空間・時間精度で計測を行い、可視化は、光学式顕微鏡(CKX-41,Olympus)にメタルハライドランプ(LS-M350、住田光学ガラス)、高速度カメラ(FASTCAM-SA5,Photron)を組み合わせた実験システムを構築した。実験の結果は、気泡に負圧を与えることで激しい気泡運動が発生し、また、気泡間距離が非常に小さい場合には気泡同士が衝突しあうように運動し、同様に激しい気泡運動が発生すると考えられた。崩壊圧の計測においては、気泡運動の影響によるとみられる圧力値の変動がみられ、気泡運動による高圧の発生が期待された。以上の実験システムは構築して、実験システムの性能を評価した。また気泡運動による高圧の発生が期待された。