キャビテーションの弱非線形効果を利用した水中高速音響ソリトンの実現と応用

利用空化弱非线性效应的水下高速声孤子的实现与应用

基本信息

批准号：
18K03942
负责人：
金川哲也
金额：
$ 2.91万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

キャビテーションにおける弱い非線形効果の利活用に着目し、水中の気泡の弱非線形振動とそれに伴う気泡流中圧力波の弱非線形伝播を調べるという目的に対し、本年度も、理論的手法を主軸に、数値的手法を併用し研究を行った。その結果下記成果が得られ、9編の査読付雑誌論文が掲載・採択された：(1)昨年度に続き、多分散性のモデリングに関して、異なるアイデアと定式化に基づく理論解析と数値計算を行い、Phys. Fluids とInt. J. Multiph. Flowに各1編が掲載された。(2)昨年度に続き、鮎貝崇広(代表者主宰研究室所属学生／JSPS特別研究員DC1）を中心として、気泡流の二流体モデル方程式の構築および安定性解析に着手し、1編がInt. J. Multiph. Flowに採択された。本研究全般の解析精度向上等に資することが期待される。(3)ゼラチンなどの粘弾性媒質中のキャビテーションの実験的研究が盛んな中にあり、ソフトマターや下記医療応用（超音波腫瘍焼灼など）への展開が昨今注目されている。これにも資する数理モデリングを見据え、粘弾性気泡流中の超音波の解析に新規着手した。液相の弾性を考慮した理論解析と数値計算を行った成果が、Phys. Fluidsに掲載された。更に現在、マグマ流動の発泡に関連する研究にも着手している。(4)非線形効果の応用例の1つとして、超音波診断領域において、超音波造影気泡に係る数理モデルを構築した(Phys. Fluidsに2編掲載、Nonlinear Dyn.に1編掲載）。(5)ここまでの研究成果を社会実装・技術開発に向けて行った提案「水管の損傷回避と洗浄を両立可能な新技術の開発」が、わかしゃち奨励賞を受賞した。現在、各成果の深化・統合・一般化を行っている。上記成果を含む業績に対して、代表者が、日本流体力学会竜門賞などを受賞したことも、本研究成果への一客観評価として重要といえる。

以空化中弱非线性效应的利用为重点，今年我们将继续开展数值研究，以理论方法为主，旨在研究水中气泡的弱非线性振动以及压力波在气泡中的弱非线性传播使用多种方法的组合进行研究。结果，获得了以下结果，发表并接受了9篇同行评审的期刊文章：（1）继去年之后，我们基于不同的多分散性建模思路和公式进行了理论分析和数值计算，各一篇。发表于 Phys. J. Multiph。 (2) 继去年之后，Takahiro Ayugai（代表实验室学生/JSPS特别研究员DC1）开始了气泡流动的二流体模型方程的构建和稳定性分析，并在Int. Flow上发表了一篇论文。被采纳了。预计这将有助于提高本研究的分析准确性。（3）明胶等粘弹性介质中空化的实验研究很活跃，其在软物质及其后续医学应用（如超声肿瘤消融）中的发展最近引起了人们的关注。着眼于对此做出贡献的数学模型，我们开始对粘弹性气泡流中的超声波进行新的分析。考虑到液相弹性的理论分析和数值计算结果发表在《流体》杂志上。此外，我们目前正在进行与岩浆流泡沫相关的研究。（4）作为非线性效应的应用实例，我们构建了超声诊断领域中与超声对比气泡相关的数学模型（两个发表在Phys. Fluids，一个发表在Nonlinear Dyn.）。（5）基于迄今为止的研究成果，旨在社会实施和技术开发的“开发一种可以同时避免水管损坏和清洁的新技术”提案获得了若舟鼓励奖。目前，我们正在对各项成果进行深化、整合、推广。该代表因其上述成就而获得日本流体动力学学会龙门奖，这也是对该研究成果的客观评价也很重要。

项目成果

期刊论文数量（253）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Numerical Study on Nonlinear Evolution of Pressure Waves in Bubbly Liquids: Effective Range of Initial Void Fraction

气泡液体中压力波非线性演化的数值研究：初始空隙率的有效范围

DOI：
10.1121/2.0001203
发表时间：
2019
期刊：
Proceedings on Meetings on Acoustics [Student Paper Prize in Physical Acoustics]
影响因子：
0
作者：
Ayukai;T. and Kanagawa;T.
通讯作者：
T.

Effect of liquid elasticity on nonlinear pressure waves in a viscoelastic bubbly liquid

粘弹性气泡液体中液体弹性对非线性压力波的影响