集中系モデルを用いた非線形圧力波に関する研究

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圧力波が管内を伝播するとき,圧力振幅が大きくなると,流体の非線形性により衝撃波が発生することが知られている.このような非線形圧力波の問題に対して,流体基礎式を差分法を用いて計算する試みがなされてきたが,計算時間がかかる問題がある.研究者らが開発した集中系モデルを用いると,取扱いの容易さ,計算時間,計算精度の点で優れた解析が可能となる.本年度は以下の項目について実施した.1.熱物性値プログラムを用いて,集中系モデルにおける様々な流体の非線形圧力波の取扱いを可能にした.そして,エアコン配管内のフロンの圧力波測定実験を行い,実験結果と数値計算結果を比較し,熱物性値プログラムを用いたモデルの妥当性を確認した.他文献の水撃実験との比較により液体の場合の妥当性も確認している.2.上記の熱物性プログラムを用いた非線形ばねの非線形性を調べることにより,空気以外の流体(水,フロン,CO2など)の圧力波における非線形性の特徴を把握した.3.集中系モデルにおける弾性管内の非線形圧力波の取扱いを提案した.その要点は,弾性管の断面積変化が管内の圧力変動に与える影響を結合非線形ばねに組み込んだことにある.そして,シリコン管を取り付けた音響管の実験を行い,弾性管モデルの妥当性を確認した.さらには,弾性管を用いた圧力波低減手法を提案し,設計指針を示した.4.血管内脈波に対する集中系モデルも提案した.その要点は,血液は非圧縮性とみなし,血管弾性の非線形性を元に非線形結合ばねを導出したことにある.そして,他文献のイヌの脈波測定結果と解析結果を比較し,定性的,定量的によく一致する結果から脈波モデルの妥当性を確認した.以上の成果により,様々な流体の弾性管内非線形圧力波に対する実用的な解析手法と弾性管による圧力波低減手法の設計指針を提案することができた.さらには,血管内脈波の解析手法も提案した.