気泡振動の能動的制御による水中衝撃波のソリトン遷移を狙う非線形音響理論

• 研究課題/領域番号: 26820040
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 金川 哲也 筑波大学, システム情報系, 助教 (80726307)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 気泡流 / 気泡力学 / 非線形音響学 / 非線形波動 / 衝撃波 / ソリトン / 音響ソリトン / 分散性波動 / 圧力波 / プリカーサ / 非線形力学 / ベンチュリ管 / 二流体モデル

研究成果の概要

ポンプの中を流れる水中において、しばしば、衝撃波という「危険な」波が形成される。これを、ソリトンという「安全な」波に変換できれば、ポンプの損傷を抑制することが可能となる。本研究の目的は、この革新的技術開発のための理論的基盤の創成にある。気泡流中において、水中音速1,500 m/sを超えて伝播するという、水の圧縮性の効果が招く高速伝播圧力波を用いて、ソリトン遷移した衝撃波をポンプ内から速やかに逃がすという着想に基づき、高速伝播圧力波の非線形伝播の理論解析および数値解析を行った。今後、本理論の実験的検証研究や、次世代のポンプへの実装を目指した産学連携研究といった、さらなる進展が期待されるだろう。

研究成果

• [雑誌論文] An Effective Equation for Fast Propagation of Pressure Waves in Compressible Liquids Containing Microbubbles (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 雑誌名: Extended Abstract of 2017 Japan-U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics 巻: -
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Weakly Nonlinear Formulation on Acoustic Waves in Liquids Containing Many Spherical Gas Bubbles (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the 46th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering 巻: #110
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on a Fast Propagation of Pressure Waves in Bubbly Liquids (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 雑誌名: Extended Abstract of the 9th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference 巻: #TFEC9-1011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two Types of Propagations of Nonlinear Sound Beams in Nonuniform Bubbly Liquids (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 雑誌名: The Journal of the Acoustical Society of America 巻: 140 号: 4_Supplement ページ: 3122-3122
  • DOI: 10.1121/1.4969776
• [雑誌論文] Two Types of Nonlinear Wave Equations for Diffractive Beams in Bubbly Liquids with Nonuniform Bubble Number Density (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Kanagawa
  • 雑誌名: The Journal of the Acoustical Society of America 巻: 137 号: 5 ページ: 2642-2654
  • DOI: 10.1121/1.4916371
  • NAID: 120007130139
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Systematic Theory on Weakly Nonlinear Waves in Bubbly Liquids: Comparison between Mixture and Two-Fluid Models (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the JAPAN-U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics 巻: なし
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Self-Priming Phenomena in Venturi Scrubber by Two-Phase Flow Simulation Code TPFIT (2015)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi, N., Yoshida, H., Kanagawa, T., Kaneko, A. and Abe, Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the 23rd International Conference on Nuclear Engineering 巻: なし
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of removal technology using ozone microbubble with a Venturi tube (2015)
  • 著者名/発表者名: Arai, Y., Abe, Y., Kaneko, A., Kanagawa, T., Fujimori, K. and Ike, M.
  • 雑誌名: Proceedings of the ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 巻: なし ページ: 1330-1337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two Types of Nonlinear Wave Equations for Diffractive Beams in Bubbly Liquids with Nonuniform Bubble Number Density (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 雑誌名: The Journal of the Acoustical Society of America 巻: 137
  • NAID: 120007130139
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 音場浮遊液滴の周囲流動場と界面輸送現象 (2015)
  • 著者名/発表者名: 合田 篤, 長谷川浩司, 金子暁子, 金川哲也, 阿部 豊
  • 雑誌名: 混相流 巻: 28 ページ: 539-546
  • NAID: 130005067790
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical Consideration of Cracking Sound Generation in Human Joint Based on Bubble Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T. and Taira, H.
  • 雑誌名: Proceedings of the 21st International Congress on Sound and Vibration 巻: 該当なし
  • 査読あり
• [雑誌論文] 気泡流中での包絡ソリトンの存在性検証へ向けたNLS方程式の数値的検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金川哲也, 江頭 竜
  • 雑誌名: 京都大学数理解析研究所講究録 巻: 1890 ページ: 1-7
• [雑誌論文] Visualization and Measurement of Jet Breakup Behavior with Interfacial Fragmentation Using LIF and PIV (2014)
  • 著者名/発表者名: Saito, S., Abe, Y., Kaneko, A., Kanagawa, T., Iwasawa, Y., Matsuo, E., Ebihara, K., Sakaba, H., Koyama, K. and Nariai, H.
  • 雑誌名: Proceedings of the Ninth Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety 巻: 該当なし
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Evaluation Method of Liquid Flow Rate by Self-Priming Phenomena in Venturi Scrubber (2014)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi, N., Yoshida, H., Kanagawa, T., Kaneko, A. and Abe, Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the Ninth Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety 巻: 該当なし
  • 査読あり
• [雑誌論文] Response Characteristic of Rising Bubble under Structure Vibration (2014)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Kanagawa, T., Kaneko, A., Monji, H., Abe, Y. and Yoshida, H.
  • 雑誌名: Proceedings of the Ninth Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety 巻: 該当なし
  • 査読あり
• [学会発表] Theoretical Study on a Fast Propagation of Pressure Waves in Bubbly Liquids (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 学会等名: The 9th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC9)
  • 発表場所: Okinawa Convention Center (Okinawa, Japan)
  • 年月日: 2017-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] Weakly Nonlinear Formulation on Acoustic Waves in Liquids Containing Many Spherical Gas Bubbles (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 学会等名: The 46th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering (INTER-NOISE 2017)
  • 発表場所: Hong Kong Convention and Exhibition Centre (Hong Kong, China)
  • 年月日: 2017-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] An Effective Equation for Fast Propagation of Pressure Waves in Compressible Liquids Containing Microbubbles (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 学会等名: 2017 Japan-U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics
  • 発表場所: Hokkaido University (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2017-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] 微細気泡を含む圧縮性液体中における高速伝播圧力波を記述する方程式 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金川哲也, 谷内 潤, 金子暁子, 阿部 豊
  • 学会等名: 日本物理学会第72 回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Two Types of Propagations of Nonlinear Sound Beams in Nonuniform Bubbly Liquids (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 学会等名: The 5th Joint meeting of the Acoustical Society of America and the Acoustical Society of Japan
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village Waikiki Beach Resort (Honolulu, Hawaii, USA)
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ベンチュリ管式微細気泡生成装置を用いたアロフェンの微粒化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上裕三, 金子暁子, 竹村文男, 金川哲也, 池 昌俊, 阿部 豊
  • 学会等名: 関東学生会第55回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都目黒区)
  • 年月日: 2016-03-10
• [学会発表] オゾンマイクロバブル流動を用いたレジスト洗浄技術の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部 豊, 新井香裕, 金子暁子, 金川哲也, 藤森 憲, 池 昌俊
  • 学会等名: SATテクノロジー・ショーケース2016
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2016-02-04
• [学会発表] ベンチュリ管を用いた混相流れの応用技術 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部 豊, 石川優太朗, 金子暁子, 金川哲也, 池 昌俊
  • 学会等名: SATテクノロジー・ショーケース2016
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2016-02-04
• [学会発表] ベンチュリ管式微細気泡によるアロフェン微粒化に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上裕三, 金子暁子, 竹村文男, 池 昌俊, 金川哲也, 阿部 豊
  • 学会等名: 日本分析化学会第12回茨城地区分析技術交流会
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター(茨城県那珂市)
  • 年月日: 2015-12-04
• [学会発表] ベンチュリ管式オゾンマイクロバブル生成法を用いたレジスト洗浄技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 新井香裕, 阿部 豊, 金子暁子, 金川哲也, 藤森 憲, 池 昌俊
  • 学会等名: 日本分析化学会第12回茨城地区分析技術交流会
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター(茨城県那珂市)
  • 年月日: 2015-12-04
• [学会発表] ベンチュリースクラバーにおける二相流解析コードの適用性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀口直樹, 吉田啓之, 中尾泰大, 金川哲也, 金子暁子, 阿部 豊
  • 学会等名: 原子力学会2015秋の大会
  • 発表場所: 静岡大学(静岡県静岡市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] ベンチュリ管式オゾンマイクロバブルを用いたレジスト除去に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 新井香裕, 阿部 豊, 金子暁子, 金川哲也, 藤森 憲, 池 昌俊
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2015
  • 発表場所: 高知工科大学(高知県香美市)
  • 年月日: 2015-08-04
• [学会発表] ベンチュリースクラバー内部二相流挙動に対する数値解析コードTPFITの適用性の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀口直樹, 吉田啓之, 金川哲也, 金子暁子, 阿部 豊
  • 学会等名: 第20回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2015-06-19
• [学会発表] 気泡流中の非線形波動の多重尺度解析(衝撃波のソリトン遷移への展望) (2015)
  • 著者名/発表者名: 金川哲也
  • 学会等名: 機械工学における力学系理論の応用に関する研究会
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2015-03-28 – 2015-03-29
• [学会発表] Finite Amplitude Propagation of Acoustic Waves in Bubbly Liquids Based on Nonlinear Evolution Equations (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanagawa, T.
  • 学会等名: The 9th International Conference on Two-Phase Systems for Ground and Space Applications
  • 発表場所: Baltimore, MD, USA
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [備考] 筑波大学システム情報系構造エネルギー工学域 金川研究室
  • URL: http://kanagawa.kz.tsukuba.ac.jp/
• [備考]
  • URL: https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/3535
• [備考]
  • URL: https://sites.google.com/site/tkanagawatokyo/
• [備考] https://sites.google.com/site/tkanagawatokyo/
• [備考] https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/3535