文献

J-GLOBAL ID：202202285781303630   整理番号：22A1215513

気泡力学を融合したGhost Fluid法に基づく集束超音波中でのキャビテーション初生シミュレーション

Numerical Simulation for Cavitation Inception by Focused Ultrasound Using the Ghost Fluid Method Coupled with Bubble Dynamics

著者 (5件)： 田村知也 (大阪府立大学大学院工学研究科機械系専攻) ,  中尾芽吹 (大阪府立大学大学院工学研究科機械系専攻) ,  小笠原紀行 (大阪府立大学大学院工学研究科機械系専攻) ,  高比良裕之 (大阪府立大学大学院工学研究科機械系専攻) ,  高比良裕之 (Corresponding author)
資料名： 混相流  (Japanese Journal of Multiphase Flow)
巻： 36  号： 1  ページ： 95-106(J-STAGE)  発行年： 2022年 
JST資料番号： L2494A  ISSN： 0914-2843  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： 日本 (JPN)  言語： 日本語 (JA)

抄録/ポイント： 本研究では,レーザー誘起気泡界面から後方散乱された高密度集束超音波(HIFU)により与えられた圧力場における気泡核の成長とそれに伴う気泡雲形成の数値シミュレーションを扱う。核にかかる圧力は,ゴースト流体法(GFM)を用いて計算した。GFMのオイラー格子の下では解像できない微視的な場での核の成長は,気泡力学のケラー方程式を用いて評価する。核がレベルセット関数で捕らえることができるほど大きく成長したら,レベルセット法を用いたGFMがマクロな場での計算を引き継ぐ。本手法の有効性は,レーザー誘起気泡に近いHIFU伝搬軸上に置かれた単一の気泡核の成長によって確認した。マクロ場でのレベルセット関数で捉えた気泡の最初の成長とその後の崩壊は,質量保存を維持したままケラー方程式で予測したものとかなりよく一致したが,その精度はグリッド分解能に依存することを示した。また,複数の気泡が存在する場合,それぞれの気泡が単独で成長する場合よりも安定に成長する気泡形状が存在すること,すなわち,安定な複数の気泡はHIFUの新しい反射体となり,次のキャビテーション発生が可能な高負圧場となることを示した。最後に,実験(Ogasawaraら(2018),Horibaら(2020))で観察された円錐状の気泡雲形成を本手法で実証した。模擬的な雲形成過程は,実験をサポートしている。(翻訳著者抄録)

シソーラス用語： *動力学 ,  シミュレーション ,  温熱療法 ,  *核形成 ,  数値解法 ,  気泡 ,  *超音波
準シソーラス用語： キャビテーション気泡 ,  レベルセット法 ,  *気泡核形成 ,  *気泡力学 ,  *集束超音波 ,  集束超音波治療 ,  数値シミュレーション

著者キーワード (12件)： 気泡動力学 ,  バブル核 ,  Keller方程式 ,  ゴースト流体法 ,  レベルセット関数 ,  高強度集束超音波 ,  気泡動力学 ,  バブル核 ,  Keller方程式 ,  ゴースト流体法 ,  レベルセット関数 ,  高強度集束超音波

分類 (2件)： 膜流,液滴,気泡,キャビテーション  (BC02070U) ,  流体動力学一般  (BC02010G)

引用文献 (14件)：

• [1] Bailey, M. R., Khokhlova, V. A., Sapozhnikov, O. A., Kargl, S. G. and Crum, L. A., Physical Mechanisms of the Therapeutic Effect of Ultrasound (A Review), Acoust. Phys., Vol. 49(4), 369-388 (2003).
• [2] Kaneko, Y., Maruyama, T., Akegami, K., Watanabe, T., Mitsui, H., Hanajiri, K., Nagawa, H. and Matsumoto, Y., Use of a Microbubble Agent to Increase the Effects of High Intensity Focused Ultrasound on Liver Tissue, Eur. Radiol., Vol. 15, 1415-1420 (2005).
• [3] Kaneko, Y., Iida, N., Takagi, S. and Matsumoto, Y., Thermal Effect of Microbubbles in the Focused Ultrasound Field, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 120, 3328-3328 (2006).
• [4] Maxwell, A. D., Wang, T. Y., Cain, C. A., Fowlkes, J. B., Sapozhnikov, O. A., Bailey, M. R. and Xu, Z., Cavitation Clouds Created by Shock Scattering from Bubbles During Histotripsy, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 130(4), 1888-1898 (2011).
• [5] Ogasawara, T., Horiba, T., Sano, T. and Takahira, H., Pressure Measurement and High-Speed Observation on the Cavitation Bubble Cloud due to the Backscattering of HIFU from a Laser-Induced Bubble, Fluid Dyn. Res., Vol. 50(6), 1-16 (2018).

タイトルに関連する用語 (5件)： 気泡力学 ,  融合 ,  集束超音波 ,  キャビテーション ,  シミュレーション