| 研究課題/領域番号 |
19K22016
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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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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| キーワード | マイクロバブル / フリーラジカル / 水中衝撃波 / 化学反応解析 |
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| 研究実績の概要 |
舶用バラスト水処理や船底付着生物除去を始めとする様々な海上移動体や海洋構造物への生物付着を防ぐ経済的効率的技術の確立が国際的に求められている。本研究では、衝撃圧力によって誘起する微小気泡運動の有効活用により、酸化作用物質（フリーラジカル）の効率的生成方法および条件を見出し、省エネルギーかつ安全安心な海洋微生物処理技術を確立し、海事産業分野に貢献できる海事科学分野発の圧縮性流体力学に基づく新しい基盤技術を創出することが目的である。
本年度の研究では、放電装置及び弾性膜やシートを用いたキャビテーション生成とそれらの気泡崩壊に伴うOHラジカル生成の状況を前年度のシミュレーション予測で得られている結果との傾向の確認実験を行う予定であったが、放電装置の故障により予定していた放電衝撃波による実験ができなかった。そのため、代替実験として超音波振動子による実験を試みた。超音波振動子で生成されるキャビテーションの崩壊によるOHラジカルが関与する化合物質の過酸化水素水や亜硝酸の濃度検出実験を実施し、気泡崩壊に伴う種々の化合物質の濃度測定の手順の確認と定性的傾向の予測から、水中衝撃波を用いる際の模擬的準備実験を行うことができた。その他、放電に代わる水中衝撃波生成の手段を様々検討し、弾丸の水中貫入実験や高圧ポンプを用いたキャビテーション噴流による水中衝撃波生成の確認を試みたが、水中衝撃波の形成は確実にできるものの実験装置の制約等からOHラジカル生成に関する検証実験には対応が難しく、放電装置の復旧後の研究進展に期待するしかないと判断された。一方、キャビテーション噴流実験では、水中衝撃波の生成頻度の向上と噴流同士の干渉による衝撃波生成領域の制御の可能性について新たな知見が得られた。
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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
使用予定であった主力の実験装置の故障のため、予定した実験を全く行うことができていない。代替的な実験は実施しているが、当初計画に合致する十分な成果を得ることができていない。進捗は足踏み状態である。
前年度の数値予測に基づいた検証実験を実施する計画であったが、前年度末に生じた放電装置の動作不具合の原因追及に時間を要している内に、新型コロナウイルス感染拡大防止対策により、実験室の使用制限などによって作業が滞った。放電装置の不具合が部品の老朽化にあると想定されたが、コロナ禍の中、メーカーへの輸送にも手間取り、メーカー側の調査にも時間を要した。結果的にメーカーから故障の原因が部品の経年劣化による動作不良であることが期間半ばにおいて判明した。特定の部品交換による修理費用が高額であったことに加えてその他の部品の劣化も進んでいたことから、急遽新たに装置を作り直すことに方針転換した。しかしながら、装置はオーダーメイドであり、製作に必要な部品類が海外製品であったことから、コロナ禍の影響による輸送環境の悪化も重なり、製作に半年以上の期間が必要となり、納品が年度を越すことが明らかとなった。そのため、本年度の放電装置を用いる実証実験を諦め、執行予定の予算を次年度に繰越して実施する計画へ変更した。
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| 今後の研究の推進方策 |
解析に用いた条件設定では、衝撃波による高速現象であることから断熱圧縮が保たれると仮定したが、その仮定の妥当性について検討を深める必要がある。また、実験によって理論予測の妥当性を検証する。放電によって連続生成する水中衝撃波の自由界面での反射を利用した効率的なキャビテーション生成を行い、キャビテーション気泡と衝撃波の干渉現象を誘起することで気泡崩壊運動を促進し、気泡崩壊によって発生するOHラジカルの量を化学反応によって生成される過酸化水素濃度等の計測によって、生成量の傾向を把握する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前年度の数値予測に基づいた検証実験を実施する計画であったが、本研究で使用を予定していた主力実験装置である放電装置について、前年度末に生じた動作不具合の原因追及に時間を要している内に、新型コロナウイルス感染拡大防止対策により、実験室の使用制限などによって作業が滞った。放電装置の不具合が部品の老朽化にあると想定されたが、コロナ禍の中、メーカーへの輸送にも手間取り、メーカー側の調査にも時間を要した。結果的にメーカーから故障の原因が部品の経年劣化による動作不良であることが期間半ばにおいて判明した。特定の部品交換による修理費用が高額であったことに加えてその他の部品の劣化も進んでいたことから、急遽新たに装置を作り直すことに方針転換した。しかしながら、装置はオーダーメイドであり、製作に必要な部品類が海外製品であったことから、コロナ禍の影響による輸送環境の悪化も重なり、製作に半年以上の期間が必要となり、納品が年度を越すことが明らかとなった。そのため、本年度の放電装置を用いる実証実験を諦め、執行予定の予算を次年度に繰越して実施する計画へ変更した。
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