Development of traveling wave-type sonoreactor

行波式声反应器的研制

• 批准号: 22K04941
• 负责人: 黒山 喬允
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: 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)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04941/
• 关键词: 音響キャビテーション; ソノリアクター; 進行波

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．

本研究的目的是开发一种超声波水箱（声反应器），可以利用行波超声波产生声空化气泡，并阐明所开发的声反应器内气泡的行为。所提出的声反应器通过在环形管中传播的超声波产生声空化气泡。通过以适当的相位差驱动连接到环形管的多个超声波换能器来产生行波。今年，我们首先从理论上分析了超声波换能器的排列方式和驱动相位差的关系对产生超声波的影响。结果表明，可以通过根据换能器间距以适当的相位差驱动换能器来产生行波超声波。接下来，使用有限元方法进行声波传播模拟，我们确认所提出的方法可以产生穿过环形管的超声波。此外，在重复声波传播模拟的同时，我们确定了使行波超声声压振幅最大化的最佳环管尺寸，并设计了声反应器。最后，我们根据设计创建了拟议的声反应器。我们制作了环形管和振动器安装部件，并采购了信号源来驱动振动器。我们还创建了一个程序来控制信号源，并进行了产生行波超声波的实验。结果，我们确认可以使用所创建的声反应器产生行波超声波，并且可以通过该行波超声波产生声空化气泡。