| 研究課題/領域番号 |
18K03942
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
金川 哲也 筑波大学, システム情報系, 准教授 (80726307)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | ソリトン / 衝撃波 / キャビテーション / 気泡 / 圧力波 / 非線形波動 / 混相流 / 気泡流 / 音響ソリトン / 弱非線形 / 非線形効果 / 分散効果 / 散逸効果 / 非線形波動方程式 / 非線形音響学 / 多分散性 / 安定性解析 / 二流体モデル / 超音波造影剤 / 粘弾性体 / 超音波 / 分散性波動 / 気泡力学 / 抗力 / 並進 / 多分散 / 実効ポリトロープ |
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| 研究成果の概要 |
水管の損傷を抑制すべく、水中における衝撃波を、音響的なソリトンに変換させることを着想した。キャビテーションの「弱い」非線形効果を活用によって、キャビテーション気泡振動に起因する波の分散効果が発現し、非線形効果と分散効果がつりあえば、ソリトンを形成できる。一方、非線形効果が散逸効果とつりあうときに衝撃波が形成される。ゆえに、非線形・散逸・分散の三効果の定量評価が上記着想の実現につながる。これら三効果を表す三項の線形和から表現される数理モデル「非線形波動方程式」に着目し、高速伝播モードを始めとする多様な非線形波動方程式を構築し、三効果の定量評価を経て、圧力波の発展波形を予測できた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
【学術的意義】非線形波動方程式の導出により得られた数理物理・応用数学的意義、非線形・散逸・分散の評価と発展波形予測（衝撃波・ソリトン等）による流体力学的意義、気泡流の平均化モデル方程式の構築による流体工学的意義などが挙げられ、多岐にわたる学術的知見を得られた。
【社会的意義】われわれの生活に欠かせない水管に対して、その損傷をソリトンにより回避しながらも、衝撃波の活用により洗浄を行うという新たな技術を提案し、受賞等によって一定の評価を受けた。今後は、損傷回避と洗浄を両立可能なハイブリッド新技術の開発と実用化に向けた研究も展開させる。
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