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。

这项研究旨在阐明超声产生气泡的机制，并找到最有效地产生细气泡的条件。先前的研究（实验和数值计算）表明，由于超声辐射引起的气体液体界面在气液界面产生的表面张力波产生细气泡，并且气相在液相中被包围。在2007年，我们主要扩大了振动界面行为的数值模拟，原型的新细气泡产生设备以及研究的精细气泡的应用技术。在数值计算中，使用边界元素方法的界面振动模拟得到了改进，以便可以确定从液体内部的电势产生细气泡的针头靠近的流场。这种改进不仅允许界面上的振动行为，而且还允许整体流动场行为，因此已经表明，超声波的压力振动不会简单地扩展并收缩针头尖端处的气体液体界面，而是流动是由针对液体构成的液体量的液体构成的，而液体的液体则是液体范围的，并在液体范围内包裹，并在液体范围内构成液体量，并在液体范围内构成易位，并在液体范围内构成惯用量，并在液体范围内构成惯用性，并且是液体的。导致生成细气泡。作为一种应用技术，我们设计并原型制作了微泡生成设备，其中空心结构喇叭连接到超声传感器上，以确认可以生成微泡。此外，已经对这项技术进行了研究，以创建空心微胶囊作为细气泡的应用技术，并且已经发现，细气泡内部气体的溶解度越低，液体中的停留时间越长，而产生的微库的直径越小。此外，关于美国国立高级工业技术研究所的东京大学和首席研究员Takemura Fumio与Hirofumi，东京大学和首席研究员Takemura Fumio合着的有关空心胶囊的论文已发表在《物理化学杂志》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