著者らによって観察された，流動する界面の挙動の粒子による特徴的な変化を紹介する．第1の現象はガラス細管内での3次元モノレイヤー構造形成であり，コロイド結晶成長に広く用いられている気液界面における粒子捕捉に関連した現象である．構造の形成メカニズムについても，粒子と壁面の濡れ性の観点から説明を加える．第2の現象は粒子間に生じる長距離の流体力学的相互作用に関連した現象である．本稿ではオレイン酸液滴が色素または懸濁液の「濃度界面」に侵入する系を取り上げ，界面が懸濁液で構成される場合には侵入してくる液滴に反発力を加えることを紹介する．この反発力は，各粒子が流体中を移動する際に生成するストークスレットが重なることに由来しており，見積もられる反発力の大きさと液滴が周囲流体から受ける力の比較を行う．

数多くの産業プロセスにおける素過程である液滴蒸発は，物質移動，伝熱，対流および濡れといった様々な熱流体現象が連成しており，適切な方法を用いることでその複雑かつ美しい現象を見て学ぶことができる．赤外線（IR）サーモグラフィは温度場や流れ場を乱すことなく液滴の温度分布情報を得ることができるので，この10年で使用が広がっている．しかし，IRカメラから直接得られた温度画像にはあまり意味がない場合がある．有意な温度情報を得るには，計測対象の赤外放射特性を考慮したデータ処理が必要である．本稿では，IR画像から液滴の気液界面温度を算出する方法を紹介する．これによって湿度環境下で蒸発するエタノール液滴の表面では，周囲の水蒸気が凝縮することが明らかになった．また，水滴を局所加熱することで発生させた熱毛管対流現象をIRカメラで詳細に観察することにも成功した．この現象は，微小量液体の混合・撹拌技術への応用が期待される．

近年，煤塵処理や放射性微粒子の漏洩抑制などの用途で，気泡流を用いた微粒子の物質輸送が注目されている．本研究では，気泡流による物質輸送現象を評価することを目的として，干渉縞計測を用いることで，気泡から除去された微粒子が周囲に溶解した際の濃度場を計測する手法を紹介する．本稿では，はじめに干渉縞計測を行うため，マッハ・ツェンダー干渉計を改良したMaki型干渉計を紹介し，製作した干渉計を用いることで，気泡界面における物質輸送を干渉縞として可視化した結果を示した．次に，干渉縞画像の計測手法の一つであるフーリエ変換法の基礎理論を解説し，干渉縞の乱れ量を屈折率の位相差投影情報に変換した結果を示した．最後に，投影情報を物性に対応する断面の情報に再構成するAbel逆変換について解説した．一連の解説を通じて示した技術は，多相界面を通じた物質輸送係数の算出や混合現象の可視化など，干渉計技術の新たな適用領域として期待される．

本報では，超音波パルスエコグラフィーを用いた気泡流の計測技術をいくつか実用例を挙げながら説明する．この計測技術は気泡径によって計測原理が異なってくる．ミリサイズ以上の気泡の場合は，個々の気泡から反射されるエコーを区別でき，エコー波形の分析より個々の気泡の情報（気泡径や速度など）を取り出すことができる．また，これらの情報を積分することで，気相の体積流量を推定することも可能である．一方，サブミリサイズの微小気泡では，個々の気泡からのエコーが重なり気泡の区別ができないため，流路内のバルク平均として気泡径とボイド率を推定する．本報の後半には，本計測法の計測対象を固気液三相流へと拡張するための，三相流内物体の相を判別する方法を提案する．

気液二相流は化学や原子力プラント等のあらゆる工業分野で見られる現象であり，液相と気相の流量や物性値に応じて異なる流動様式の存在が知られている．安全解析コード等に使用される二相流の基礎式の多くは気液界面形状をパラメータとした構成方程式を必要とするが，可視化実験による主観的な判定や汎用化が困難な画像処理手法，入口条件に依存した実験相関式を用いる方法が一般である．本稿では，気泡流の状態を定義する上で重要となる特徴量を瞬時に抽出可能とする技術開発に着目し，畳み込みニューラルネットをベースとした気泡検出手法を紹介する．アノテーションコスト低減のため，敵対的生成ネットワークの一つであるBubGANで生成された気泡流画像も検証し，流れ場の情報をリアルタイムに検出する手法開発を試みた．構築したネットワークから，二相流の幾何学的パラメータであるボイド率と界面積濃度の算出値を既存の相関式と比較し，その有効性を検証した．

格子ボルツマン法（LBM）は，数値流体力学（CFD）の手法の一つである．LBMの進歩と密接に関係する分野の一つが混相流である．LBMは気体分子動力学のアナロジーに基づいたメゾスコピックな数値計算法であり，界面ダイナミクスや相転移を伴う多相系のシミュレーションに適している．LBMは，そのメゾスコピックな特性から，マルチスケール現象である沸騰に対して，有望な解法の一つと考えられる．本原稿では，LBMの応用例の一つとして，沸騰に対する擬ポテンシャルモデルに基づく方法論と，シミュレーション結果の一例を紹介する．