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超高速域におけるマイクロバブルによる摩擦抵抗低減に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17360423
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 船舶海洋工学
研究機関独立行政法人海上技術安全研究所

研究代表者

児玉 良明  独立行政法人海上技術安全研究所, 流体部門, 部門長 (50373410)

研究分担者 菱田 公一  慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (40156592)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
15,840千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 540千円)
2007年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2006年度: 4,600千円 (直接経費: 4,600千円)
2005年度: 8,900千円 (直接経費: 8,900千円)
キーワードマイクロバブル / 超高速域 / 摩擦抵抗低減 / 省エネルギー / 船舶工学 / 液体工学 / 流体工学
研究概要

水流中を進む固体壁面上に発達する乱流境界層中に微細な気泡を注入すると、摩擦抵抗を最大80%も低減させることが知られており、特に船舶にとって有望な抵抗低減デバイスと考えられており、速度7m/sまでの低速では実船実験など実用化レベルまで研究が進んでいるが、高速域については研究が殆ど無いため、本研究を実施した。
本研究では、小型チャンネル乱流場を用いた摩擦抵抗低減メカニズムの解明実験、大型平板を用いた摩擦抵抗低減効果の速度依存性実験、そして曲率影響実験の3つの実験的研究に取り組んだ。
メカニズム解明に関する研究では、小型チャンネル乱流場に大きさの異なるバブルを注入した状態で気泡形状変化計測、PTVによる乱流場計測、壁面せん断力計による摩擦低減計測を同時に行い、レイノルズ数の増加に伴い摩擦低減効果が増加する傾向について、大気泡の場合には気泡の形状変化と運動が壁面摩擦とレイノルズ応力に影響を与えていることと、バブル径が小さくなるとレイノルズ応力が減少し摩擦低減効果の増加につながることを明らかにした。
大型平板を用いた研究としては、長さ400mの曳航水槽において長さ22mの平板を最高速度10m/sまで曳航した状態で、船首端から3mの位置において気泡を船底に注入し、気泡による局所摩擦の低減効果と全抵抗の低減効果を計測した。このような大スケールでの実験データとしてはSandersら(2007)が3mx3m断面をもつキャビテーション水槽で長さ13mの平板を用いて最大速度18m/sで気泡による局所摩擦の低減効果を測定した結果があるのみであり、本実験結果とSandersらの実験結果は、速度域とスケールで補完の関係にあり、高速且つ大スケールでの気泡による摩擦低減効果の貴重な検証データとなる。
固体表面の曲率や圧力勾配の影響を調べる研究としては、キャビテーション水槽中に長さ1.8mの平板を置いた状態と、平板上に長さ1.3mの半翼型を設置した状態において、最高速度12m/sまでの気泡実験を行い、局所摩擦低減呂及び局所ボイド率分布を計測した。その結果、翼型表面上では摩擦低減効果の顕著な増加が見られ、曲率/圧力勾配影響が大きいことが明らかになった。

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (21件) 図書 (4件) 産業財産権 (9件)

  • [雑誌論文] Microscopic Mechanisms for Skin Friction Reduction by Microbubbles2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Kazuyasu Sugiyama, Yuichi Murai, Takafumi Kawamura
    • 雑誌名

      海上技術安全研究所報告 第7巻第3号

    • NAID

      110007661351

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マイクロバブルによる船の抵抗低減2007

    • 著者名/発表者名
      児玉良明
    • 雑誌名

      「化学工学」 71巻3号

      ページ: 186-188

    • NAID

      10018737013

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Microscopic Mechanisms for Skin Friction Reduction by Microbubbles2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Kazuyasu Sugiyama, Yuichi Murai, Takafumi Kawamura
    • 雑誌名

      Report of National Maritime Research Institute vol.7 No.3

      ページ: 21-68

    • NAID

      110007661351

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Reduction of ship's drag by microbubbles2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama
    • 雑誌名

      Chemical Engineering vol.71, No.3

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] An Investigation of Diag Reduction Effect in a Microbubble Turbulent Channel Flow Using Highly Magnifying PTV System2007

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Aoki
    • 雑誌名

      Thesis for Master of science (Keio University) 80514190

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Recent Technical Developments of Miciobubbles and Nano bubbles2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama
    • 雑誌名

      NTS Publications

      ページ: 241-250

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] マイクロバブルによる船の抵抗低減2007

    • 著者名/発表者名
      児玉 良明
    • 雑誌名

      「化学工学」 71巻3号

      ページ: 186-188

    • NAID

      10018737013

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] A Progress Report of a Research Project on Drag Reduction by Air Bubbles for Ships2007

    • 著者名/発表者名
      Kodama, Hinatsu, Kawashima, Hori, Makino, Onawa, Takeshi, Maeda
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th International Conference on Multiphase Flow

      ページ: 10-10

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] マイクロバブルチャネル乱流における気泡径の壁面摩擦低減現象に及ぼす影響2006

    • 著者名/発表者名
      鈴木 佳那子, 青木 一司, 菱田 公一, 児玉良明
    • 雑誌名

      日本機械学会熱工学コンファレンス2006 講演論文集 No.06-2, 2006.11.24-25,横浜〕

      ページ: 2-2

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 強拡大PTVによるマイクロバブル流の壁面近傍流動構造の可視化2006

    • 著者名/発表者名
      青木一司, 菱田公一, 児玉良明
    • 雑誌名

      日本流体力学会年会講演論文集

      ページ: 6-6

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct Comparison of Experiment and Numerical Simulation on Microbubble Flows for Skin Friction Reduction2006

    • 著者名/発表者名
      Kodama, Y., Murai, Y., Kawamura, T., Sugiyama, K., Yamamoto, F.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 26th Symposium on Naval Hydrodynamics

      ページ: 18-18

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Measurements of Near Wall Turbulent Structure in a Microbubble Flow Using a Highly Magnifying Telemetric PIV/PTV System2006

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Aoki, Koichi Hishida, Yoshiaki Kodama
    • 雑誌名

      Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics 13^<TH> International Symposium

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] 空気泡による摩擦低減に及ぼす物体表面曲率の影響2008

    • 著者名/発表者名
      牧野雅彦、児玉良明、他5名
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会
    • 発表場所
      H20年度春講演会(ウェルシティ長崎)
    • 年月日
      2008-05-29
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 空気泡による摩擦低減に及ぼす物体表面曲率の影響2008

    • 著者名/発表者名
      牧野 雅彦、児玉 良明, 他5名
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会
    • 発表場所
      ウェルシテイ長崎
    • 年月日
      2008-05-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Surface Curvature on Skin Frictin Reduction by Air Bubbles2008

    • 著者名/発表者名
      Masahiko Makino, Yoshiaki Kodama, et. al.
    • 学会等名
      General Meeting of the Japan Society of Naval Architecture and Ocean Engineering
    • 発表場所
      Nagasaki
    • 年月日
      2008-05-28
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 22m長尺平板を用いた空気潤滑法による摩擦抵抗低減効果の速度依存性実験2007

    • 著者名/発表者名
      牧野雅彦、児玉良明、他5名
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会
    • 発表場所
      H19年度秋季講演会(メルパルク東京)
    • 年月日
      2007-11-05
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] An Experiment on Speed Dependence of Frictional Drag Reduction by Air Lubrication Using a 22m-Iong Flat Plate2007

    • 著者名/発表者名
      Masahiko Makino, Yoshiaki Kodama, et. al.
    • 学会等名
      General Meeting of the Japan Society of Naval Architecture and Ocean Engineering
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2007-11-05
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 22m長尺平板を用いた空気潤滑法による摩擦抵抗低減効果の速度依存性実験2007

    • 著者名/発表者名
      牧野 雅彦、児玉 良明, 他5名
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会
    • 発表場所
      メルパルク東京
    • 年月日
      2007-11-05
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] チャネル乱流における気泡径の壁面摩擦抵抗低減効果へ及ぼす影響2007

    • 著者名/発表者名
      鈴木佳那子、青木一司、菱田公一、児玉良明
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2007
    • 発表場所
      東大教養学部
    • 年月日
      2007-08-06
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] The Effect of Bubble Size on Drag Reduction in a Turbulent Channel Flow2007

    • 著者名/発表者名
      Kanako Suzuki, kazushi Aoki, Koichi Hishida, Yoshiaki Kodama
    • 学会等名
      General Meeting of the Japan Society of Fluid Dynamics
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2007-08-06
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] A Progress Report of a Research Project on Drag Reduction by Air Bubbles for Ships2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Munehiko Hinatsu, Hideki Kawashima et al.
    • 学会等名
      6th International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Congress Center Leipzig, Leipzig, Germany
    • 年月日
      2007-07-09
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] A Progress Report of a Research Project on Drag Reduction by Air Bubbles for Ships2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Munehiko Hinatsu, Hideki Kawashima, et. al.
    • 学会等名
      6th International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      Leipzig
    • 年月日
      2007-07-09
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] A Progress Report of a Research Project on Drag Reduction by Air Bubbles for Ships2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Munehiko Hinatsu, Hideki Kawashima, et. al.
    • 学会等名
      6th International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      (Leipzig)
    • 年月日
      2007-07-09
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] マイクロバブルによる船の抵抗低減2007

    • 著者名/発表者名
      児玉良明
    • 学会等名
      日本化学工学会関東支部
    • 発表場所
      第38回Continuing Educationシリーズ「マイクロバブルの発生・測定および実用プロセスへの応用」講演会
    • 年月日
      2007-05-11
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Ship's Drag Reduction by Microbubbles2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama
    • 学会等名
      The Kanto Regional Meeting of the Japan Chemical Engineering Society
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2007-05-11
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] マイクロバブルチャネル乱流における気泡径の壁面摩擦低減現象に及ぼす影響2006

    • 著者名/発表者名
      鈴木佳那子、青木一司、菱田公一、児玉良明
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2006
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2006-11-24
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Effects of Bubble Size on the Skin Friction Reduction in the Microbubble - Laden Turbulent Channel Flow2006

    • 著者名/発表者名
      Kanako Suzuki, Kazushi Aoki, Koichi Hishida, Yoshiaki Kodama
    • 学会等名
      Thermal Engineering Conference of the Japan Society of Mechanical Enginnering
    • 発表場所
      yokohama
    • 年月日
      2006-11-24
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Direct Comparison of Experiment and Numerical Simulation on Microbubble Flows for Skin Friction Reduction2006

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Yuichi Murai, Takafumi Kawamura, Fujio Yamamoto
    • 学会等名
      Office of Naval Research, U.S.A.
    • 発表場所
      26th Symposium on Naval Hydrodynamics(ローマ)
    • 年月日
      2006-09-17
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Direct Comparison of Experiment and Numerical Simulation on Microbubble Flows for Skin Friction Reduction2006

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kodama, Yuichi Murai, Takafumi Kawamura, Fujio Yamamoto
    • 学会等名
      26th Symposium on Naval Hydrodynamics
    • 発表場所
      Rome
    • 年月日
      2006-09-17
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 強拡大PTVによるマイクロバブル流の壁面近傍流動構造の可視化2006

    • 著者名/発表者名
      青木一司、菱田公一、児玉良明
    • 学会等名
      日本流体力学会
    • 発表場所
      日本流体力学会年会
    • 年月日
      2006-09-15
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Visualization of Microbubble Flow Structure near Solid Wall Using Stiongly Magnified PTV2006

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Aoki, Koichi Hishida, Yoshiaki Kodama
    • 学会等名
      General Meeting of the Japan Society of Fluid Dynamics
    • 年月日
      2006-09-15
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 22m長尺平板模型船を用いたマイクロバブル実験2005

    • 著者名/発表者名
      牧野雅彦、高橋孝仁、堀利文、川島久宣、児玉良明
    • 学会等名
      海上技術安全研究所研究発表会
    • 発表場所
      海上技術安全研究所
    • 年月日
      2005-06-02
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Microbubble Experiments Using a 22m-long Flat Plate2005

    • 著者名/発表者名
      Masahiko Makino, Takahito Takahashi, Toshifumi Hori, Hisanobu Kawashima, Yoshiaki Kodama
    • 学会等名
      General Meeting of National Maritime Research Institute
    • 発表場所
      N.M.R.I.
    • 年月日
      2005-06-02
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [図書] 強拡大PTVを用いたチャネル内マイクロバブル流の摩擦抵抗低減現象の解明2007

    • 著者名/発表者名
      青木一司
    • 総ページ数
      99
    • 出版者
      慶応義塾大学・理工学系大学院・総合デザイン工学専攻・修士論文
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [図書] 微細気泡の最新技術(担当:8.1船の抵抗低減技術)2007

    • 著者名/発表者名
      児玉良明
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [図書] 強拡大PTVを用いたチャネル内マイクロバブル流の摩擦抵抗低減現象の解明2007

    • 著者名/発表者名
      青木 一司
    • 総ページ数
      99
    • 出版者
      慶応義塾大学・理工学系大学院・総合デザイン工学専攻・修士論文
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 微細気泡の最新技術(担当:8.1船の抵抗低減技術)2007

    • 著者名/発表者名
      児玉 良明
    • 総ページ数
      319
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 船舶の摩擦抵抗低減装置2008

    • 発明者名
      日夏宗彦、川島英幹、児玉良明、堀利文、牧野雅彦、大縄将史、竹子春弥
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 産業財産権番号
      2008-095466
    • 出願年月日
      2008-04-01
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 船舶の気泡保持装置2008

    • 発明者名
      川島英幹、日夏宗彦、児玉良明、堀利文、牧野雅彦、大縄将史、竹子春弥
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 産業財産権番号
      2008-100894
    • 出願年月日
      2008-04-08
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 船舶の気泡巻き込み防止装置2008

    • 発明者名
      児玉良明、日夏宗彦、川島英幹、堀利文、牧野雅彦、大縄将史、竹子春弥
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 産業財産権番号
      2008-100889
    • 出願年月日
      2008-04-08
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 気泡吸引防止型取水口装置2007

    • 発明者名
      児玉良明、堀利文
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 出願年月日
      2007-07-25
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 気泡吸引防止型取水口装置2007

    • 発明者名
      児玉 良明、堀 利文
    • 権利者名
      法術所政技究行上研立海全独人安
    • 出願年月日
      2007-07-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 船体摩擦抵抗低減装置2006

    • 発明者名
      川島英幹、日夏宗彦、児玉良明、川島久宣、堀利文、牧野雅彦、大縄将史、迫田我行
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 産業財産権番号
      2006-188385
    • 出願年月日
      2006-07-07
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 船体摩擦抵抗低減装置2006

    • 発明者名
      川島英幹、牧野雅彦、日夏宗彦、児玉良明、川島久宣、堀利文、大縄将史、迫田我行
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 産業財産権番号
      2006-299555
    • 出願年月日
      2006-11-02
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 船体用摩擦抵抗低減装置及びこれを取り付けられてなる船並びに船体用摩擦抵抗低減方法2006

    • 発明者名
      迫田我行、日夏宗彦、川島英幹、児玉良明
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所40%、国立大学法人東京
    • 産業財産権番号
      2006-306237
    • 出願年月日
      2006-11-13
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 船体摩擦抵抗低減装置2006

    • 発明者名
      川島英幹、川島久宣、日夏宗彦、児玉良明、牧野雅彦、堀利文、大縄将史、迫田我行
    • 権利者名
      独立行政法人海上技術安全研究所
    • 産業財産権番号
      2006-332486
    • 出願年月日
      2006-12-18
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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