Nonlinear acoustic theory toward a transform of shock to soliton in liquids by microbubbles

非线性声学理论通过微泡将液体中的激波转换为孤子

• 批准号: 22K03898
• 负责人: 金川 哲也
• 金额: $ 2.75万
• 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: 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-22K03898/
• 关键词: 圧力波; 衝撃波; ソリトン; 気泡; 弱非線形方程式; 気泡流; 水管; 非線形波動; 混相流; 非線形音響

液体中において、圧力波が衝撃波に非線形発展すると、衝撃波面の熱的散逸効果によって、水管の壁面損傷等を生じ、重大事故に繋がりかねない。この損傷を抑制すべく、液体中に気泡を混入し、気泡振動に起因する圧力波の分散効果を利用したい。圧力波の非線形効果が、散逸効果とつりあうならば衝撃波が形成されるが、分散効果とつりあうならば(音響)ソリトンという安定した波が形成される。そこで、衝撃波をソリトンに変換することを目指す。衝撃波とソリトンは、その物理的性質が著しく異なり、離れたものとして認知されてきたことも多いが、本研究では、気泡流中において衝撃波とソリトンの双方を記述可能な数理モデル「弱非線形方程式（非線形・散逸・分散の各効果を表現する方程式。KdV-Burgers式などが著名）」に着眼する。本研究は、上記損傷抑制の構想を達成するための基礎研究を、理論と数値計算の両面から行う。本年度は下記成果が得られ、計7編の査読付雑誌論文が掲載・採択された：(1)実現象に即した気泡流のモデリングにおいて重要な要素の一つである初期の多分散性（気泡径の非一様性）に着目した。多分散性を有する気泡流中圧力波を記述する弱非線形方程式の導出と数値的検証を行った（Phys. Fluids とInt. J. Multiph. Flowに各1編掲載）。(2)昨今重要度が高まっている粘弾性流体のモデリングを見据え、液相の弾性に着目した弱非線形方程式を構築した（Phys. Fluidsに掲載）。(3)弱非線形方程式は気泡流の基礎方程式系から導かれるため、基礎方程式系も成否の鍵を握る。研究協力者（2023年度研究分担者）の鮎貝（JSPS特別研究員DC1）を中心に、基礎方程式系の新規構築および安定性解析を行い、精度向上に資する成果を得た（Int. J. Multiph. Flowに掲載）。

In the liquid に お い て, pressure wave が impact shock wave に nonlinear 発 exhibition す る と, strong shock wave の heat dissipation of unseen fruit に よ っ て の, pipe wall damage を じ, such as major accident に 繋 が り か ね な い. <s:1> damage を inhibition すべく, に bubble を in liquid を mixing <s:1>, bubble vibration に cause する pressure wave <s:1> dispersion effect を utilization of た た を. Pressure wave の nonlinear working fruit が, degradation of unseen fruit と つ り あ う な ら が ば blunt shock wave formation さ れ る が, scattered unseen fruit と つ り あ う な ら ば (sound) ソ リ ト ン と い う settle し た forming さ が れ る. Youdaoplaceholder0 そ で で, the impact wave をソリト に に changes する とを とを とを finger す. Blunt shock wave と ソ リ ト ン は, そ の physical properties が the し く different な り from れ た も の と し て cognitive さ れ て き た こ と も more い が, this study で は, 気 bubble flow に お い て blunt shock wave と ソ リ ト ン の both を account may な mathematical モ デ ル "weak nonlinear equations, nonlinear, dissipation, scattered の representing each working fruit を す る equations. "KdV-Burgers style な が が famous)" に looks at する. This study を, the above-mentioned damage suppression <s:1> concept を, the するため <s:1> basic research を, theoretical と value calculation <e:1> are carried out う ら and う. Record results under this annual は が have ら れ, 7 meter check の 読 pay 雑 が tzu paper first white jasmines load, mining 択 さ れ た : (1) be phenomenon に namely し た 気 bubble flow の モ デ リ ン グ に お い て important な elements の つ で あ る early の polydispersity (の 気 bubble diameter than others) に with mesh し た. Polydispersity を have す る 気 bubble Flow pressure wave を account す る weak nonlinear equations derived の と the numerical 検 pass line を っ た (. Phys Fluids と Int. J. Multiph. Flow に the first white jasmines load) 1. (2) yesterday today high importance が ま っ て い る sticky fluid 弾 sex の モ デ リ ン グ を see according to え, liquid の 弾 sex に with mesh し た weak nonlinear equations を build し た (Phys. Fluids に first white jasmines load). (3) The fundamental equation for weak nonlinear equations is ら. The fundamental equation is ら. The derivative is れるため. The fundamental equation is <s:1>. The <s:1> key is を. Hold る. Research efforts (2023 annual research sharers) の catfish (JSPS special researcher DC1) を center に, basic equation is の new rules to construct お よ び line stability analytical を い, precision up に endowment す を る achievements have た (Int. J. Multiph. Flow に first white jasmines load).

项目成果

気泡流の液相弾性が超音波の非線形効果に及ぼす影響の解明

阐明气泡流液相弹性对超声非线性效应的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 長谷川建;金川哲也
• 通讯作者: 金川哲也

金川哲也（Google Scholar）

神奈川哲也（谷歌学术）

気泡間相互作用を考慮した気泡流中の非線形波動の理論解析

考虑气泡-气泡相互作用的气泡流非线性波理论分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 邉見和史;金川哲也
• 通讯作者: 金川哲也

高速気泡流を記述する13連立の新たな基礎方程式の導出とその解の波数特性の考察

描述高速气泡流动的13个新联立基本方程的推导及其解的波数特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 鮎貝崇広;金川哲也
• 通讯作者: 金川哲也

金川哲也（筑波大学研究者総覧）

神奈川哲也（筑波大学研究员名单）