2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of method of measuring liquid properties employing acoustic cavitation noise
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17K14695
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
黒山 喬允 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (40781737)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 音響キャビテーションノイズ / 粘度測定 / 周波数スペクトル / 分数調波 / ブロードバンドノイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，音響キャビテーションノイズに基づいて液体の物性値を計測する手法の原理を確立することである．音響キャビテーションとは強力な超音波によって液中に生じ振動する多数の微細な気泡が生じる現象である．この気泡は振動に伴って音響キャビテーションノイズと呼ばれる放射音を生じる．音響キャビテーションノイズは広い分野で計測が求められる液体の粘度や密度といった物性値に依存して，その周波数スペクトルを変化させることが知られている．本研究ではこの周波数スペクトルに基づいて物性値を推定するための音響キャビテーションノイズの測定及び解析手法，周波数スペクトルに基づく粘度推定手法の開発を行なった．
まず音響キャビテーションノイズと液体物性値の関係を調べるために，液中にただ一つの気泡が捕捉され，超音波の圧力変動によって振動する単一気泡振動系について数値解析と実験による検討を行なった．その結果，気泡振動の非線形性が小さくなる低音圧振幅，気泡が大きく膨張する大音圧振幅において，放射音の周波数スペクトルの物性値に依存する変化は小さくなることがわかった．一方で，入射超音波の音圧振幅を音響キャビテーション閾値程度とする時，周波数スペクトルは，物性値に依存して大きく変化することがわかった．
次に，多数の気泡が同時に生じ振動する一般的な音響キャビテーション系において音響キャビテーションノイズを測定し，その周波数スペクトルと液体の物性値の関係を検討した．入射する超音波の音響パワーを掃引しながら計測を行ったところ，単一気泡系の場合と同様に入射超音波の過小あるいは過大でない音圧振幅において物性値に応じた音響キャビテーションノイズの周波数スペクトルの変化が強く見られることを確認した．特にこの音圧振幅において，周波数スペクトルの分数調波，高調波成分に着目することで液体の粘度推定が可能であることを示唆した．
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