球形気泡崩壊時における気泡内部極限現象に関する分子気体力学解

摘要

一般に，キャビテーション気泡は液体の蒸発によって発生し，また崩壊するときには蒸気の凝縮を伴いながら収縮すると考えられる．このような蒸発·凝縮現象を伴う蒸気気泡を考える場合，気泡壁付近では気相が非平衡状態となっており，局所平衡を前提とする流体力学では扱うことができない．よって気泡内部の温度場や圧力場を正確に見積もるには分子気体力学による解析が有用となる．気泡壁面において蒸発·凝縮を考慮しない気泡運動の研究では，気泡の崩壊に伴いその内部圧力は一様に上昇し，気泡内部を伝搬する衝撃波は発生しにくいと考えられていた.これは気泡の崩壊に伴い，気泡内部の気体が圧縮されて温度上昇し，気泡壁速度が気泡内部の音速に達することができないためと考えられている.一方で近年の研究では，蒸気気泡の場合，気泡内部に衝撃波が発生することが示唆されている.本研究では，分子気体力学解析を用いて気液界面の蒸発·凝縮現象をできる限り正確に取り扱い，気泡内部衝撃波発生メカニズムについて調査した結果について報告する.