| 研究課題/領域番号 |
17560132
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 北海道教育大学 |
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研究代表者 |
冨田 幸雄 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (00006199)
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| 研究分担者 |
佐藤 光太郎 工学院大学, 工学部, 助教授 (80252625)
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| 研究期間 (年度) |
2005 – 2006
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| 研究課題ステータス |
完了 (2006年度)
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| 配分額 *注記 |
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2005年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
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| キーワード | 水滴 / 気泡 / 衝突現象 / 液体ジェット / 水柱 / 水中音 / 界面分離 / 水琴窟 / 流体 / 可視化 / シミュレーション工学 / 人間生活環境 |
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| 研究概要 |
衛星滴を伴う直径5mm以上の水滴あるいは水塊の水面衝突による気液界面のダイナミックスと気泡音の発生機構に関する実験研究を行い、その成果を開放型水琴窟の音源に応用した。研究成果の要約を以下に示す。
(1)落下水滴はウエーバー数に依存しながら形状振動し、水面に衝突する。扁長形状の場合、発生するスプラッシュは扁平形状の場合より弱い。
(2)フルード数<300のイレギュラー気泡取り込み領域では、衝突による水撃圧を除くと最大3回の水中音が発生する。最初の水中音は収縮中のキャビティ底部に後続の衛星滴が衝突して分離・形成される単一空気泡の過渡振動によるもの、第二の水中音は水柱の落下過程で変形水面と接触して形成される空気泡群の振動による合成音である。第三の水中音は水柱先端が水中に完全に沈降する際に形成される空気泡群の微弱な振動音である。水琴窟の音源として有効な第一、第二の水中音は基本的に気液界面の分離に基づいて形成される空気泡(あるいは空気泡群)の振動であり確率的な様相を呈しているが、フルード数、ウエーバー数(あるいはボンド数)および衝突時の水滴のアスペクト比に依存している。水柱に取り込まれる小気泡の存在は水柱の崩壊に伴う気液界面の接触や分裂を促進し、第二気泡音の生成確率を高める一つの要因と考えられる。
(3)最大直径7.8mmまでの水滴を利用して大気開放状態の水瓶内部で水滴の水面衝突現象を発生させ、水琴窟の音に及ぼす水滴サイズや水温および落下流量の影響を調べた。比較的大きな水滴衝突による水琴窟の音は、第一気泡音を基本音としながら水瓶内部での反響に起因する倍音を含む広帯域のパワースペクトルをもっていること、また、水温が低いほど大きなパワーの水中音が発生できることが明らかとなった。
以上の成果は各種学会講演会での発表や論文集の形で公表しており、最近、英国の専門雑誌(Journal of Fluid Mechanics)への掲載が受諾された。
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