超音波洗浄は、製造工程における重要なプロセスの一つであり、幅広い産業分野で利用されている。洗浄液である水に十分に高い音圧の超音波を照射すると、キャビテーションと呼ばれる発泡現象が生じる。超音波照射下の水中気泡は、洗浄面近傍で体積的に振動することから、洗浄面上に強い摩擦力が発生し、その結果として付着汚れが除去される。一方、気泡の振動が激しい場合、気泡崩壊時の高温高圧の形成により洗浄面を傷つける恐れがある。高効率かつ低エロージョン性の超音波洗浄技術の開発を目指すにあたり、超音波キャビテーション現象への基礎的理解は不可欠である。
本セミナーでは、流体力学・音響学の基礎方程式に立脚し超音波キャビテーション現象の基礎を解説した上で、超音波洗浄プロセスの可視化事例を題材に、各種パラメータ (超音波周波数・音圧、溶存ガス濃度、水温など) が超音波洗浄プロセスの洗浄効率・エロージョン性に与える影響について議論する。
- 単相媒質中の超音波の伝播
- 支配方程式 (質量保存・運動量保存)
- 波動方程式
- 音響インピーダンスと音響定在波
- 音響流
- 単一の音響キャビテーション気泡の力学
- 均質キャビテーション初生
- 不均質キャビテーション初生と気泡核
- 球形気泡の運動方程式
- 気泡の共振現象と気泡の分裂
- 整流物質拡散による気泡核の成長
- 第1・第2ビャークネス力
- マイクロストリーミング
- 音響キャビテーション気泡群の音響現象
- 均質気泡群モデル
- 音響波の分散
- 準静的過程における音速
- 気泡群存在下の音響流
- 超音波洗浄における気泡の役割
- 音場の可視化 (シュリーレン法・アルミ箔を用いた簡易法)
- 気相・液相流動場の可視化 (PIV)
- 水中溶存ガス濃度と洗浄効率の関係
- 壁面に付着する微細粒子の除去
- 壁面に付着する油汚れの除去
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