超音波による微細気泡生成過程の解明と洗浄技術への応用

阐明超声波微泡产生过程及其在清洁技术中的应用

• 批准号: 19860016
• 负责人: 幕田 寿典
• 金额: $ 1.27万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19860016/
• 关键词: 微細気泡; 超音波; マイクロバブル; マイクロカプセル

本研究は超音波によって気泡が生成するメカニズムを明らかにし、最も効率良く微細気泡を生成できる条件を見出すことが目的である。これまでの研究(実験と数値計算)から、超音波照射によって気液界面に生じる表面張力波により気相が液相に包みこまれる形で微細気泡が生成していることが明らかとなっている。2007年度は、主に振動界面挙動の数値シミュレーションの拡張、新しい微細気泡発生装置の試作、微細気泡の応用技術の研究を行った。数値計算では、境界要素法による界面振動シミュレーションを液体内部のポテンシャルから微細気泡が生成している針近傍の流れ場を求めることができるように改良した。この改良により、界面上のみの振動挙動だけでなく流れ場全体の挙動も再現することができるようになったため、超音波の圧力振動によって気液界面が針先で単純に膨張・収縮するのではなく、針の外側から中心軸側へ巻き込むような流れが発生し、その流れの慣性によって液体側に突出した気相が液相に包みこまれることで、微細気泡が生成することが明らかとなった。応用技術としては、洗浄技術へ適用を前提として、超音波振動子に中空構造のホーンを取り付けた微細気泡発生装置の設計・試作を行い、マイクロバブルを発生可能であることを確認した。また、微細気泡の応用技術として中空マイクロカプセル作成技術についても研究を進め、微細気泡の内部ガスの溶解度が小さいほど液中滞在時間が長くなり、生成するマイクロカプセルの径が小さくなることを明らかにした。また、東京大学大宮司啓文准教授、産業技術総合研究所竹村文男主任研究員らと共著で執筆した中空カプセルに関する論文がJournal of Physical ChemistryB誌に掲載された。

本研究的目的是阐明超声波产生气泡的机制，并找到最有效地产生微气泡的条件。先前的研究（实验和数值计算）表明，当气相包裹在液相中时，由于超声波照射在气液界面产生表面张力波，从而产生微气泡。 2007年，我们主要拓展了振动界面行为的数值模拟，试制了新型微气泡发生器，并研究了微气泡应用技术。在数值计算中，我们使用边界元法改进了界面振动模拟，以便可以根据液体内部的电势确定产生微泡的针附近的流场。通过这一改进，现在不仅可以再现界面上的振动行为，还可以再现整个流场的行为。很明显，从针外部向中心轴缠绕的流动。发生这种情况，该流动的惯性导致向液体侧突出的气相被液相吞没，从而产生微气泡。在应用技术方面，我们设计并试制了一种带有空心喇叭和超声波振动器的微气泡发生器，旨在将其应用于清洁技术，并确认其可以产生微气泡。我们还对作为微气泡应用技术的中空微胶囊制造技术进行了研究，发现微气泡内部气体的溶解度越低，它们在液体中停留的时间越长，所生成的微胶囊的直径也越小。此外，与东京大学副教授Hirofumi Oguji和日本产业技术综合研究所高级研究员Fumio Takemura共同撰写的关于空心胶囊的论文发表在Journal of Physical Chemistry B上。

项目成果

The study of Micro Gas Bubble Generation of Uniform Diameter in an Ultrasonic Field

超声场中均匀直径微气泡产生的研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings of the International Conference on Multiphase Flow 2007 1
• 作者: Satoshi Saga;et.al.;中村俊博(他3名);Toshihiro NAKAMURA;中村俊博(他4名);Toshihiro NAKAMURA;中村俊博(他4名);Toshilro NAKAURA;中村俊博(他4名);原田哲男;Hirofumi Daiguji;Toshinori Makuta
• 通讯作者: Toshinori Makuta

Fabrication of hollow melamine-formaldehyde microcapsules from microbubble templates

• DOI: 10.1021/jp072131t
• 发表时间: 2007-08-02
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Daiguji, Hirofumi;Makuta, Toshinori;Takemura, Fumio
• 通讯作者: Takemura, Fumio

マイクロバブルから作るメラミンーホルムアルデヒド中空マイクロカプセル

由微泡制成的三聚氰胺甲醛空心微胶囊

• 发表时间: 2007
• 作者: Satoshi Saga;et.al.;中村俊博(他3名);Toshihiro NAKAMURA;中村俊博(他4名);Toshihiro NAKAMURA;中村俊博(他4名);Toshilro NAKAURA;中村俊博(他4名);原田哲男;Hirofumi Daiguji;Toshinori Makuta;幕田寿典
• 通讯作者: 幕田寿典