2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an Acoustics of Bubbly Flows in a High Void Fraction by Integrating Inhomogeneous Theory of Sound Speed and Venturi-Tube Experiment
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16K18008
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
金川 哲也 筑波大学, システム情報系, 助教 (80726307)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粘性 / 熱伝導性 / 散逸性 / 衝撃波 / 流速 / 非線形音響学 / 非線形波動 / 高濃度気泡流音響学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2016年度は主として実験的手法から，2017年度は主として理論的手法からの研究を行ったが，両結果の間には不一致が存在した。そこで，最終年度2018年度の目的は，実験事実と理論解析結果の比較をとおして，研究の総括を行うことにある。その結果の中でも，2017年度に構築した理論を発展させて，「散逸性の影響」と「流れと波の相互作用」の考慮に成功したことは特筆すべき進展である。得られた成果は以下のとおり要約される：
１．気泡の崩壊によって，気泡流中に衝撃波が形成され（2016年度に観測済），これが音速にも重要な役割を果たすと考えた。これを理論的に裏付けるべく，バルクの粘性と熱伝導性を考慮に入れ，2017年度の理論解析結果をより一般化させ，衝撃波とその散逸効果の数学モデリングに成功した。その結果，波の伝播に伴う音速の減少が判明した。
２．2016年度の実験は高速気泡流を対象にしていたが，2017年度の理論解析は流速の影響を考慮することができなかった。この不一致を解消すべく，流速を考慮した理論構築に成功し，流れと波の相互作用が明らかとなった。
３．上記１と２を踏まえた理論解析と数値解析を行い，得られた圧力波形が，実験的に観測された波形と概ね一致した。さらに，音速の計測値のうちのいくつかが，理論予測結果と概ね一致した。
以上のとおり，実験事実の多くが，理論解析の結果と整合し，理論的裏付けがとれた。ただし，理論解析が当初計画以上に進展したことから，理論予測結果のいくつかは，未だ実験的に実証されていない状況にある。したがって，実験的研究をさらに推し進める必要があるが，上記のように，あくまでも理論と実験の相補の観点から，厳密な理論構築および精密な計測実験を遂行すれば，「高濃度・気泡流音響学」の完全なる創成までの道のりは険しくはないだろう。
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