| 研究課題/領域番号 |
16K14512
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
阿部 晃久 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (50221726)
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| 研究分担者 |
西尾 茂 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (30208136)
藤本 岳洋 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (60314514)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 衝撃波管 / 水中衝撃波 / 高圧ガス駆動 / 磁力支援方式 / 気泡運動 |
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| 研究実績の概要 |
衝撃波現象の研究は、多くの分野に関連し、様々な応用活用技術が確立され、最先端研究が活発に推進されている。一方、我国の経済や産業の基盤を支える海事分野ではこれまで衝撃波現象を活用した技術の開発事例は見られない。本研究では、衝撃波現象を活用する新たな舶用技術の創出を目的として、船舶上で実現するために機関の排気を利用する省エネルギーかつ簡易な水中衝撃波生成と制御技術開発に挑戦する。本研究成果によって、海事関連産業における水中衝撃波を活用する新規技術の創出に繋げられれば、その意義は大きいと考えられる。
平成29年度では、実験システムの構築、気中衝撃波を水中衝撃波へ変換する方法の検討を継続して実施した。年度の前半は、独自開発した圧縮ガス駆動の磁力支援方式無隔膜衝撃波生成装置を用いて実験計測システムの構築と確認を行い、実験システムの性能確認と評価を実施した。無角膜衝撃波生成装置の内部ピストン駆動に問題があり、適切な衝撃波生成に至らず、装置の改善について検討がなされた。その間、同衝撃波生成装置を用いた隔膜方式の実験は実施できた。弾性体コンバーターにシリコーン膜を用いた場合、膜面の水面衝突による水中衝撃波発生はシュリーレン法による可視化観測により確認できたが、圧力センサーで検知できない圧力変動であったため、引き続き水中衝撃波生成方法についての検討が必要となった。一方、無隔膜衝撃波生成装置の不具合が、ピストン駆動のトリガーとなる背圧のための排気孔の断面積が不適切であったことが明らかとなった。その他、無隔膜衝撃波生成装置の衝撃波生成と衝撃波背後の流れ場の様子を数値シミュレーションで模擬することで、ピストン駆動速度の重要性が確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
平成29年度では、排ガス利用の見地から高圧ガス駆動型とし、独自開発の磁力支援方式が組み込まれた無隔膜方式の小型衝撃波発生装置を製作し、性能確認実験が実施された。隔膜式で得られた衝撃波との比較から、設計通りの十分なピストン速度が得られず、本無隔膜衝撃波発生装置による適切な衝撃波生成は成功していない。しかしながら、その原因が駆動ピストンの背後圧の減圧弁の直径に起因することが判明し、その改善を進めている。一方、同装置を隔膜式で使用することで、適切な衝撃波が得られることから、それを利用した水中衝撃波生成実験がシリコーン膜を用いて実施された。可視化撮影により水中衝撃波の発生は認められたが、非常に弱い衝撃波であり、衝撃波面での圧力変動を確認することができていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験装置の改善を直ちに実施し、気中衝撃波を水中衝撃波へ変換する方法の検討を継続して実施する。平成30年度前半は、独自開発の圧縮ガス駆動磁力支援方式無隔膜衝撃波生成装置を用いて実験計測システムを構築し、確実に衝撃波生成を確認する。衝撃波放出口の工夫により、衝撃波の反射による圧力上昇効果の利用を含めて水中衝撃波コンバーターを設計し、水中衝撃波発生方法を見出す。水中衝撃波の直接的観測には可視化および圧力計測が有効であることからシャドウグラフ法やシュリーレン法を用いるが、特に微小な気泡運動の観測に対してBOS法を導入する。BOS法は、画像処理により定量的な物理量（密度、圧力）の推定が可能であることから、通常のセンサーで計測できない小さな観測対象に対して導入するメリットが大きい。また、衝撃波を伴う流れ場のBOS可視化システム構築には、適切な画像解析法が必要であり、画像処理法について引き続き検討を行う。また、水中衝撃波生成メカニズムについて検討するために、固体中の応力波伝播（縦波およびせん断波）について数値解析を試みる。有限要素法による解析実績に基づき、急激な内圧が作用する高弾性率の弾性材料の変形速度を明らかにし、連成解析問題について引き続き検討を進める。
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