回転自由に支持された振り子型直方体容器内液面のスロッシング特性

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22560217
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高原 弘樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90226910)
• Keywords: スロッシング / 振り子型容器 / 直方体容器 / 連成振動 / 固有振動数

Research Abstract

製鉄所内の転炉やヘリコプターで容器をつり下げて液体を運搬する場合などのように,回転運動を自由に許すように支持した容器を,本研究では振り子型容器と呼ぶ.このような容器では,容器の振り子運動と内部の液体振動との連成振動が生じる.これら容器内の液体を,迅速かつ安全に,運搬するためには,この連成特性を明らかにする必要がある.特に液体振動や振り子運動は非線形特性を有するため,この非線形性が与える影響も十分把握しなければならない.そこで本研究課題は,振り子型容器内液体の揺動特性を解明することを目的とする.
研究期間の初年度である本年度は,容器内液面揺動と振り子運動を支配するである線形振動特性を把握するため,以下のことを行った.
1.振り子型容器,および,内部液体の液面揺動を支配する基礎方程式を,液面揺動の有限振幅理論および振り子運動の非線形性を考慮して導出した.この際,直方体容器内の液面揺動の特徴となる3次元的な揺動の発生も考慮している.
2.基礎方程式から,容器運動や液面揺動の大きさのオーダを仮定し,非線形揺動を記述する運動方程式を導出している.
3.液面揺動と振り子運動の連成振動特性を実験から求めるために,連成固有振動数を求める測定系を定め,予備実験を行った.
4.3次元揺動が生じると考えられる直方体容器を用いて振り子型容器を設計し,作成している.
5.上記4.で設計した容器を回転自由に支持し,自由振動させる支持台を設計し,作成している.