高ボイド率気泡流中における圧力波の伝播挙動に関する研究

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著者はこれまでに、気泡を含む液体中における非線形圧力波(衝撃波)の非定常な伝播挙動を、衝撃波管を用いた実験的解析によって明らかにしてきた。それと同時に、気泡流中の圧力波伝播現象を正確に記述した数学的モデルを用いて数値解析を行い、実験結果との比較によってこの現象の本質に迫ってきた。これまでの研究結果から、1.気泡流中の波動伝播は気泡の膨張・収縮運動に支配されており、膨張・収縮運動にともなって生じる気泡内の非均一な温度場の影響を大きく受けること、2.液体中に分散する気泡の不均一な分布状況が衝撃波の内部構造に大きな影響を与えること、3.本研究で用いた気泡流波動伝播解析モデルを用いた数値解析結果は多くの実験結果と定量的に一致すること、を明らかにしている。これまでの研究成果を踏まえて本年度(平成8年度)は、液体中に存在する気泡の相互間距離が気泡直径のオーダーまで近接した状況下における圧力波の伝播挙動およびその中における気泡の変形挙動に関する実験及び数値解析を進めた。実験では、近接して存在する2個の気泡に対して正弦波圧力振動を加えて、2個の気泡の並進、膨張・収縮運動をとらえた。一方、数値解析では、気泡周囲の圧力場および気泡そのものの変形をとらえることが可能な直接数値計算コードを作成し、液体衝撃波管管内に2個の気泡がおかれた状態における衝撃波の伝播挙動をシミュレートした。実験より、2個の気泡が極近い位置に存在する場合、単一気泡の運動の様子とは異なる挙動を示すことがわかった。一方、数値解析結果より、衝撃波管管内における気泡の配置状況によって、圧力波の伝播挙動が大きく変化することがわかった。以上の実験および数値解析をさらに発展させることにより、高ボイド率気泡流中における圧力波の伝播挙動の物理を解明することが可能であるとの見通しを得た。