초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 진동 및 붕괴 특성 :Characteristics of Oscillation and Collapse of a Micro Bubble by Ultrasonic Excitations

남승우

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 남승우 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 성재용

발행연도: 2020

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 진동 및 붕괴 특성

남승우 에너지시스템공학과 2020.01 학위논문

2019

초음파 가진에 의한 마이크로 기포 표면의 형상 진동 측정

남승우 , 이훈상 , 성재용 대한기계학회 논문집 B권 2019.08 학술저널

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

요 약

제목 : 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 진동 및 붕괴 특성

본 연구에서는 마이크로 기포에 다양한 주파수의 초음파를 가진하였을 때 나타나는 진동 및 붕괴 특성을 측정 분석하고, 진동모드 반응을 Lamb의 방정식 및 임계진폭이론과 비교하였다. 그리고 마이크로 사이즈 바늘의 초음파 진동에 의해 불규칙하게 발생하는 마이크로 기포의 붕괴(collapse)를 관측하였다.
두 실험은 각기 다른 방식으로 마이크로 기포에 초음파를 가진하였다. 마이크로 기포 표면의 진동 관측의 경우 유로를 통과하는 마이크로 기포에 압전소자를 이용하여 다양한 초음파를 발생시켰다. 마이크로 기포의 붕괴를 관측하기 위해서는 관측 유로에 삽입된 마이크로 사이즈의 바늘을 가진하여 마이크로 기포를 생성 및 붕괴시켰다. 초음파 가진에 의한 마이크로 기포 표면의 진동 및 기포의 붕괴는 현미경과 초고속 카메라를 통해 가시화 하였다.
촬영한 영상을 통해 가진 초음파와 마이크로 기포의 크기에 따른 진동모드의 변화를 고찰하였다. 그 결과 Lamb 방정식은 낮은 가진 주파수와 낮은 진동모드에서만 실험값과 비슷하였으나, 임계진폭 이론은 매우 낮은 가진 주파수를 제외하고는 대체로 실험값과 유사하였다. 특히 기포 크기에 따른 진동모드 변화의 기울기는 임계진동이론이 실험과 잘 일치하였다.
마찬가지로 촬영한 영상을 통해 바늘의 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 붕괴를 관측한 결과를 고찰하였다. 그 결과, 음향 캐비테이션(acoustic cavitation)을 통해 불규칙하게 생성되는 마이크로 기포의 붕괴를 관측할 수 있었다. 초음파 가진에 의해 마이크로 기포는 붕괴가 일어나면서 점차적으로 작은 기포들로 쪼개어지며, 일정 크기로 작아진 기포들은 떨어져 나가거나 구름(cloud) 형태로 뭉치는 것을 관측할 수 있었다.
이러한 결과를 통해 전체적으로 기포의 진동모드 예측에 있어서 임계진폭이론이 Lamb 방정식에 비해 훨씬 더 정확하다고 할 수 있다. 그리고 본 연구를 통해 불규칙하게 발생하는 마이크로 기포의 붕괴를 관측할 수 있었기 때문에, 본 실험 방법은 추후 기포의 붕괴 연구 및 장비 개발 등에 응용되어 사용할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract

Characteristics of Oscillation and Collapse of a Micro Bubble by Ultrasonic Excitations

Nam, Seung Woo
(Supervisor Sung, Jaeyong)
Dept. of Energy System Engineering
Graduate School of Energy and Environment
Seoul National University of Science and Technology

In this study, Lamb’s equation and pulsation amplitude threshold theory have been compared with the measured data for the shape oscillating modes of micro- bubbles when various frequencies of ultrasonic excitation were applied. And the collapse of the micro-bubbles irregularly generated by the ultrasonic oscillation of the micro sized needle. Micro-bubbles passing through a channel were excited by a piezoelectric element connected to a function generator.
Both experiments are excited with ultrasonic waves in micro-bubbles in different ways. In the case of observing the shape vibration of the micro-bubble surface, various ultrasonic waves are generated by using a piezoelectric element in the micro-bubble passing through the flow path. In order to observe the collapse of micro-bubbles, micro-bubbles are generated and collapsed with a needle. The shape oscillation and collapse of the micro-bubble by ultrasonic excitation are visualized through a microscope and a high speed CCD camera.
The change of oscillation mode according to the size of ultrasonic wave and micro-bubble has been investigated. As a result, the lamb equation was similar to the experimental value only in low excitation frequency and low shape vibration mode. On the other hand, the pulsation amplitude theory is generally similar to the experimental results except for very low excitation frequencies. In particular, the slope of the oscillation mode change according to the bubble size is consistent by the pulsation amplitude threshold theory.
Similarly, the results of the observation of the collapse of the micro-bubble due to the ultrasonic excitation of the needle were estimated. As a result, it was possible to observe the collapse of micro-bubble irregularly generated by acoustic cavitation. Ultrasonic excitation causes micro-bubble to collapse and gradually break up into smaller bubbles. The split bubbles can then be observed to fall off or to clump together in the form of clouds.
These results indicate that the pulsation amplitude theory is much more accurate than the Lamb equation in predicting the mode of bubble oscillation as a whole. In addition, since the collapse of the irregularly generated micro bubbles was observed through this study, the experimental method of the present study could be applied to the bubble collapse research and equipment development later.

목 차
요 약 ⅰ
표목차 ⅳ
그림목차 ⅴ
기호설명 ⅷ
I. 서 론 1
1. 연구배경 및 선행연구 1
2. 연구목적 9
II. 이론적 고찰 10
1. Rayleigh-Plesset 방정식 10
2. Lamb 방정식 14
3. 임계진폭이론 15
III. 실험 장치 및 실험 방법 17
1. 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 진동 측정 17
1) 실험 장치 17
2) 실험 방법 18
2. 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 붕괴(collapse) 측정 21
1) 실험 장치 21
2) 실험 방법 26
IV. 실험 결과 및 고찰 30
1. 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 진동 측정 30
1) 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 가시화 30
2) 주파수 별 기포의 반지름에 따른 이론식 그래프와 실험값 비교 35
3) 선형회귀 모델을 통한 이론값과 실험값의 비교평가 41
2. 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 붕괴(collapse) 측정 43
1) 초음파 가진에 의한 마이크로 기포의 붕괴 가시화 43
V. 결 론 51
참고문헌 53
영문초록(Abstract) 55
감사의 글 57

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)