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2015 年度 実施状況報告書

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

研究課題/領域番号 26820040
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
キーワード気泡流 / 気泡力学 / 圧力波 / 非線形波動 / 非線形力学 / 音響ソリトン / 衝撃波 / ベンチュリ管
研究実績の概要

水中衝撃波の音響ソリトン遷移という、流体機械内部の損傷を防ぐための革新的手法の実現に向けた理論的基盤の確立が目的である。本年度は、昨年度の成果を発展させて、以下の成果を得た:
1.液体の圧縮性の効果が導く高速伝播圧力波の有限振幅伝播を記述する線形および非線形波動方程式を導出し、その数理的構造を明らかにした。
2.気泡の数密度が小さな非一様性を有する気泡流中において、弱い回折の効果を伴う圧力波の弱非線形伝播を記述する2種類の非線形波動方程式(Kanagawa, J. Acoust. Soc. Am., 2015)の数値解析を行い、準一次元性と非一様性が圧力波伝播に与える影響を定量的に解明した。
3.準一次元の拡大・縮小管(ベンリュリ管)内の非一様気泡流中の圧力計測に着手し、上記2の理論の実験的検証の見通しを得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

おおむね当初計画のとおりに研究を遂行できた。とくに、実験流体力学の専門家との共同研究によって、当初計画には含まれていなかった理論の実験的実証に着手できたことは大きな進展であって、最終年度における新展開を期待させるものといえる。また、非線形波動方程式群の網羅的な数値解析によって、初年度に蓄積した理論的知見を定量的理解へと深化させたことは、最終年度の研究総括のための十分な基礎である。

今後の研究の推進方策

最終年度は、水中衝撃波の音響ソリトン遷移のための基盤確立に向けて、以下の4点に留意しながら研究を総括する予定である:
1.理論・数値解析については、個々の知見は十分に得られつつあるものの、それらを結ぶ枠組みが見出せていないため、研究総括に向けて統一的な観点からの解析を行う。
2.実験流体力学の専門家との共同研究を引き続き深化させて、理論の実験的実証を目指す。
3.上記1と2の成果を、代表者が現在遂行している、気泡流中の圧力波を利用した工学応用研究に資することを狙う。
4.蓄積された知見の公表が遅れているため注力する。とくに、日米音響学合同会議(The 5th Joint meeting of the Acoustical Society of America and the Acoustical Society of Japan, 2016.11)においては、本研究の総括を含む招待講演を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

1.当初計画に含まれていなかった実験的検証を行うためである。
2.当初計画の一部が未遂行であるためである。
3.得られた成果の一部が未公表であるためである。

次年度使用額の使用計画

1.実験的検証のために、電子部品や配管部品などに使用する。
2.当初計画遂行のために使用するが、上記1に要する額が大きいことから、使用額を当初計画よりも削減する。
3.成果公表のために、学会参加費、国内外旅費、論文掲載費などに使用する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Two Types of Nonlinear Wave Equations for Diffractive Beams in Bubbly Liquids with Nonuniform Bubble Number Density2015

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Kanagawa
    • 雑誌名

      The Journal of the Acoustical Society of America

      巻: 137 ページ: 2642-2654

    • DOI

      10.1121/1.4916371

    • 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 Models2015

    • 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 ページ: Total 8 Pages

    • 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 TPFIT2015

    • 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 ページ: Total 4 Pages

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of removal technology using ozone microbubble with a Venturi tube2015

    • 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
  • [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 – 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 – 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 – 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 – 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 – 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 – 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 – 2015-08-05
  • [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 – 2015-06-19
  • [備考]

    • URL

      https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/3535

  • [備考]

    • URL

      https://sites.google.com/site/tkanagawatokyo/

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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