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2022 年度 実績報告書

水中膜運動による省エネルギー型海水殺菌システムの構築と実証研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K22016
研究機関神戸大学

研究代表者

阿部 晃久  神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (50221726)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2023-03-31
キーワードマイクロバブル / 水中衝撃波 / フリーラジカル
研究実績の概要

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新しい基盤技術を創出することを目的として実施した。
衝撃波による単一気泡崩壊時のOHラジカル生成量の理論的予測について、気泡内温度が最大になるタイミングとOHラジカル生成量が最大となるタイミングが異なることが見出された。また、アルゴンガス気泡の崩壊によるOHラジカル生成の数値的予測及びキャビテーション噴流中の気泡の連鎖崩壊現象についても検討した。
小型水槽内で放電衝撃波を発生させ、水槽上部に設置した様々な弾性体としての高分子材料膜や薄板への透過と反射による気泡生成挙動を評価した結果、音響インピーダンス差のある界面で、生成膨張波の強さが影響を受け、水槽内壁及び放電蒸気泡界面での衝撃波の反射・干渉による局所的な負圧領域が、キャビテーションを多数生成する原因となることを把握した。また、Arガスの溶解によりOHラジカルの生成濃度上昇を高められることを示した。
最終的に水中放電を受けた金属板が変形・振動することにより金属板周囲の水に減圧領域を生じさせ、キャビテーション気泡を生成と気泡運動の誘起を確認した。本方法では衝撃波の入力だけで気泡及びOHラジカルの生成が可能であり、バラスト水処理の簡略化や殺菌効果の向上に貢献できると考えられる。可視化観測では、放電エネルギーによる水中衝撃波及び衝撃を受けた金属板中を縦弾性波及びせん断波が伝播し、2種類の水中斜め衝撃波の生成と金属板表面の微小気泡生成を確認した。また、金属板表面に発生付着する微小気泡の発生は、第1水中衝撃波の直後及び電極部蒸気泡の崩壊衝撃波発生直後に生じることから、いずれも強い衝撃が弾性板に与えられたことが原因であると考えられた。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] 画像の輝度変化に着目したキャビテーション噴流中の衝撃波生成の観測2022

    • 著者名/発表者名
      阿部晃久、大西智士
    • 雑誌名

      混相流

      巻: 36 ページ: 172,179

  • [学会発表] 金属板を介した水中放電による衝撃波と微小気泡生成2023

    • 著者名/発表者名
      丸山泉輝,公江 仁一,阿部 晃久
    • 学会等名
      2022年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] 水中衝撃波と弾性膜の干渉によるOHラジカルの生成効果2023

    • 著者名/発表者名
      山下理央,公江仁一,阿部晃久
    • 学会等名
      2022年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] 先端形状が異なる飛翔体の水中貫入に伴う周囲流れの解析2023

    • 著者名/発表者名
      平井龍志,公江仁一,阿部晃久
    • 学会等名
      2022年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] Experimental analysis of underwater noise produced by impacted bars2023

    • 著者名/発表者名
      Jinichi Koue, Saori Shyu, Akihisa Abe
    • 学会等名
      The 33rd International Ocean and Polar Engineering Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Compressible hydrodynamic consideration of cavitating jets on the scraping action of organisms attached on marine structures2023

    • 著者名/発表者名
      Jinichi Koue, Satoshi Onishi, Akihisa Abe
    • 学会等名
      The 33rd International Ocean and Polar Engineering Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 付着物除去効果向上のためのキャビテーション噴流挙動の観測と解析2022

    • 著者名/発表者名
      大西智士、公江仁一、阿部晃久
    • 学会等名
      第92回(令和4年)マリンエンジニアリング学術講演会
  • [学会発表] 洋上風車パイル打設時の水中騒音発生メカニズムに関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      鄒 思織、宮下 晃、公江仁一、阿部晃久
    • 学会等名
      第92回(令和4年)マリンエンジニアリング学術講演会

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公開日: 2023-12-25  

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