Development of traveling wave-type sonoreactor

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04941
• Research Institution: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: 黒山 喬允 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 講師 (40781737)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 音響キャビテーション / ソノリアクター / 進行波

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，進行波超音波により音響キャビテーション気泡を発生可能な超音波水槽(ソノリアクター)を開発し，開発したソノリアクター 内での気泡の振る舞いを明らかにすることである．提案するソノリアクターはループ管中を伝搬する進行波超音波により音響キャビテーション気泡を発生させる．進行波は，ループ管に取り付けた複数の超音波振動子を適切な位相差をもって駆動することで発生させる．本年度はまず，超音波振動子の配置と駆動位相差の関係が，発生する超音波に与える影響を理論的に解析した．その結果，振動子間隔に応じた適切な位相差で振動子を駆動することにより，進行波超音波を発生できることを明らかにした．次に，有限要素法を用いる音波伝搬シミュレーションを用い，提案手法によってループ管中を進行する超音波を生成できることを確認した．また，音波伝搬シミュレーションを繰り返しながら，進行波超音波の音圧振幅を最大とする最適なループ管寸法を決定し，ソノリアクターの設計を行った．最後に，設計に基づき提案するソノリアクターを作成した．ループ管および振動子取付部を作成し，振動子を駆動するための信号源を調達した．また，信号源を制御するプログラムを作成し，進行波超音波の発生実験を行った．その結果，作成したソノリアクターにより進行波超音波を生成可能であり，この進行波超音波により音響キャビテーション気泡を発生できることを確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の目標としていたソノリアクターの作成を完了でき，想定通りに動作することを確認したため，本研究は概ね順調に進展していると判断する．

Strategy for Future Research Activity

2023年度は，作成したソノリアクターの評価と，評価結果に基づく改良を行う．また2022年度に得られた研究の成果を発表する．2024年度は改良したソノリアクターを用い，進行波超音波中の音響キャビテーションの振る舞いを明らかにする．

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた理由は，本年度受領額を超過しないよう調達を行い，端数が生じたためである．端数分は来年度の調達に用いる．