経路積分を用いた気泡流の新理論体系の提案とその医工学応用

提出一种新的路径积分气泡流理论体系及其医学工程应用

• 批准号: 14J01417
• 负责人: 川原 潤也
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01417/
• 关键词: 気泡; 気泡流; 気泡力学; 気泡群; 混相流; 音波; 音速

本研究は、気泡を利用した医療技術の理論的基盤の整備を目的としており、気泡を注入した毛細血管内の超音波の伝播を高精度かつ簡易的に取り扱うことを可能にする理論体系の構築を目指している。本年度は、昨年度の研究成果を受けて、管内の気泡の個数と音速の関係性の調査に主眼をおき、以下の2点を遂行した：1. 昨年度の研究では、10個の気泡を配置した矩形管内における線形圧力波の伝播を離散モデルに基づいて数値解析し、管内を伝播する圧力波の位相速度を調べた (Kawahara et al., Journal of Physics: Conference Series, 2015)。本年度は、矩形管内の気泡の個数を1個から10個まで変化させ、管内の気泡の個数と管内を伝播する圧力波の位相速度の関係性を調べた。解析結果から、管内に単一の気泡しか存在しない場合であっても、管内を伝播する圧力波の位相速度が低下することが明らかとなった。このとき、圧力波の位相速度は非定常となり、その値は気泡流の音速から液体単相の音速まで変化する特性を示すことがわかった。2. 単一の気泡を配置した矩形管内における線形圧力波の伝播を理論解析した。本年度の解析では、管壁によって反射された圧力波 (反射波) が気泡の振動に与える影響を考慮した。本解析によって、矩形管内の単一の気泡が引き起こす位相速度の非定常変化を記述する理論モデルを構築した。

本研究的目的是为利用气泡的医疗技术奠定理论基础，并构建一个理论系统，使超声波在注入气泡的毛细血管中传播，从而能够轻松且高精度地进行治疗。旨在今年，我们在去年的研究成果的基础上，重点研究了管道中气泡数量与声速的关系，并进行了以下两点： 1、去年的研究中，放置了10个气泡。我们基于离散模型对矩形管道中线性压力波的传播进行了数值分析，并研究了管道内传播的压力波的相速度（Kawahara 等人，物理学杂志：会议系列， 2015）。今年，我们将矩形管中的气泡数量从 1 个改变为 10 个，并研究了管中气泡数量与管内传播的压力波相速度之间的关系。分析结果表明，即使管道内只有单个气泡，压力波在管道内传播的相速度也会减小。此时，发现压力波的相速度变得不稳定，其值呈现出从气泡流的声速向单一液相的声速变化的特性。 2.对线性压力波在含有单个气泡的矩形管中的传播进行了理论分析。在今年的分析中，我们考虑了管壁反射的压力波（反射波）对气泡振动的影响。通过这种分析，我们构建了一个理论模型来描述矩形管中单个气泡引起的相速度的非稳态变化。

项目成果

Study on Pressure Wave Propagation in a Liquid Containing Spherical Bubbles in a Rectangular Duct

矩形管道内含球形气泡液体中压力波传播的研究

• DOI: 10.1088/1742-6596/656/1/012023
• 发表时间: 2015
• 作者: Junya Kawahara; Masao Watanabe; Kazumichi Kobayashi
• 通讯作者: Kazumichi Kobayashi

単一球形気泡を配置した矩形管内における圧力波の伝播に関する研究

压力波在含有单个球形气泡的矩形管中传播的研究

• 发表时间: 2015
• 作者: 川原潤也; 渡部正夫; 小林一道
• 通讯作者: 小林一道