粘弾性体キャビテーションにおける多重スケール現象の解明を目的とした, 実験・数値シミュレーション連成の非侵襲ハイブリッド計測法の開発を行った。ゼラチンゲルに対するパルスレーザーの集束照射によりマイクロ径の気泡核を生成し, 溶存ガスの物質移動に基づき気泡核のサイズを制御した。生成した気泡核を起点とする単一キャビテーション気泡のミクロ観察から, ゲル粘弾性の定量評価を行った。さらに, ゲル中のレーザー誘起衝撃波と単一気泡との干渉により生じる負圧を利用したキャビテーション気泡群のマクロ観察を行った。圧縮性流体シミュレーションより構築した圧力場と実験観察の直接比較から, キャビテーション初生圧力を算定した。
An experimental technique in combination with numerical simulation was developed, which allows one to study multiple-scale characteristics in the dynamics of cavitation bubbles in viscoelastic materials. Micron-sized bubble nuclei were produced by focusing infrared laser pulses into gelatin gels and their size was precisely controlled through mass transfer of dissolved gases; the gel viscoelasticity was measured from microscopic observation of individual cavitation bubbles arising from these nuclei and its comparison to Rayleigh-Plesset-type calculation. Furthermore, a cloud of cavitation bubbles arising from shock-microbubble interaction in gelatin gels was visualized as macroscopic observation. The threshold pressure of the cloud cavitation inception was inferred from comparison of the experiment to compressible fluid flow simulation.

研究種目 : 若手研究(A)
研究期間 : 2013～2016
課題番号 : 25709008
研究分野 : 熱流体工学