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               金属細線の共振振動を利用して流体の密度を測定する (高石研究室

熱エネルギの一部を力学的仕事に変換する熱機関や、電気エネルギを消費して低温から高温に熱を運び低温を実現する冷凍空調装置などには、状態変化して熱を授受する作動流体が使われています。したがって、熱が関係するこれらのシステムを最適に設計・製作し、効率よく運転・制御するためには、その中で働いている作動流体の熱物性(熱的性質)を正確に解明しておくことが必要です。

一般に、流体の熱物性は、密度、比熱、蒸気圧、エンタルピー、エントロピーなどの熱力学性質と呼ばれるものと、粘性率、熱伝導率、拡散率などのような輸送性質と呼ばれるものに大別されます。さて、流体の密度は、純物質では温度と圧力の関数です。重いのか軽いのか、疎なのか密なのか、密度はそれ自身が重要な性質であるばかりでなく、エンタルピーやエントロピーなどの直接測定できない他の熱力学性質を求めるために必要となる状態式を作成する基礎データでもあります。

密度を測る方法には様々なものがありますが、ここでは、当研究室で研究中の「金属細線の共振振動を利用して流体の密度を測定する」振動細線密度計について紹介します。

1に、振動細線密度計の基本構造を示しました。その主要部は、試料流体中でおもりを吊るした金属細線から構成されています。金属細線は永久磁石によって作られる磁場の中に置かれています。金属細線に交流電圧を加え、その振動数を変化させると、金属細線は共振振動を起こします。試料流体の密度と金属細線の共振振動数は、以下のように関係しています。

(試料流体の密度が大きくなる)おもりに作用する試料流体の浮力が増える)⇒ おもりを吊るした金属細線の張力が小さくなる)金属細線の固有振動数すなわち共振振動数が小さくなる)。

 これは、ちょうど、ギターで、弦の張りを弱めると低い音が出るようになるということと同じことです。このように、試料流体の密度の変化を金属細線の共振振動数の変化として検出するにことによって、試料流体の密度が測定できるようになります。

 図2には、当研究室で試作した振動細線密度計による共振曲線および共振振動数の測定例を示しました。密度の異なる3種類の試料液体について、大気圧下、室温約20℃の条件で測定されたものです。図2および表2に示したように、試料液体の密度が683.5 kg/m3から787. Kg/m3まで大きくなると、金属細線の共振振動のピーク値を与える共振振動数は855.6 Hzから833.1 Hzまで小さくなることがわかりました。図3は、振動細線密度計の圧力容器と測定装置の外観です。当研究室では、おもりを吊るした金属細線の共振振動を利用して高圧下の流体の密度を±0.1%程度の精度で測定できる振動細線密度計の実現を目指して研究を進めています。 (機械工学科 高石吉登)



                        

                            図1 振動細線密計の構造



図2 共振曲線および共振振動数の測定例(大気圧、約20℃)

 

 

表1 共振振動数の測定例(大気圧)

試料液体

温度

共振振動数

密度

Hz

kg/m3

n-Heptane

20.1

855.6

683.5

n-Octane

20.4

849.7

701.5

Acetone

22.4

833.1

787.7

 



        


  図3 振動細線密計の圧力容器(写真左下)と計測装置

 

以上


 今回は3組のスナップ写真をご紹介いたします.
 3組は,MaZDaターンパイク箱根経由で椿ラインに入り,湯河原温泉へ向かいました.途中,バスを降り,城山ハイキングコースを徒歩でホテルへ向かいました.湯河原町の案内パンフやWEB情報を頼りに行程を決めましたが,予想以上に足に負担のかかる下り坂の多いコースで,特に先生方にとっては「難コース」となってしまいました.
  2日目は,神奈川県総合防災センターで地震(東日本大震災,阪神淡路大震災,関東大震災など5種類の地震),風水害など4つのコーナーを体験した後,大震 災を扱った防災ビデオをみて,改めて日頃の心構えなどを確認しました.引率の先生方は,数回目の訪問なので多少食傷気味でしたが,学生達の関心はかなり高かったように感じました.



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                   城山山頂
右手前方には真鶴半島,右手後方には初島,その先は春霞ではっきりしませんでしたが,
大島らしき島影が見えました.


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                     学生に遅れること××分.先生方も山頂へ到着.
                                            " あー,しんど " (^O^)


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                    夕食の風景


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                 夕食後の懇親会
         " 出身は・・・・・でぇー,趣味は・・・・でぇーす "


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                     よろず相談
            TA(大学院生)とSA(学部生)が大活躍でした.


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                       地震体験
           危険防止のため家財道具は全て固定されています.
           実際に震度6-7になったらこれでは済まされません.
           右は基礎教育支援センターのN先生.

 今回は4組引率の先生からいただいたスナップ写真を紹介します.
 4組は,太陽光発電所,シャトレーゼ白洲工場,モンテ酒造を見学し,山梨県のホテルふじに宿泊しました.

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                 北斗サイト太陽光発電所


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         食べているものを見るとシャトレーゼの工場?


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                    夕食の風景


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                  Y先生と履修相談


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               こちらはA先生と履修相談


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ホテルの売店でしょうか.アクセサリー類のように見えますが,周りは男子学生だけです.

新入生が大学生活にスムーズに入っていけるように、オリエンテーションの最後に実施しているのがフレッシャーズ・キャンプ(FC)です。最近の大学のカリキュラムは非常に複雑になっており、オリエンテーションの限られた時間内の説明で理解することは難しくなっています。オリエンテーションの説明だけでは理解できなかった履修申請の仕方の疑問に個別に答えたり(よろず相談)、このキャンプを通して新しい仲間を早い段階で作ってもらうことが主な目的です。今年度は46日、7日に実施されました。機械工学科は4グループに分かれて実施していますが、1組が航空宇宙学専攻、2組から4組が航空宇宙学専攻以外となります。天気予報では二日間とも雨模様でしたが、1日目は良いほうにはずれ、まずまずの天気の中で実施することができました。

各組からいただいたスナップ写真を順次紹介していきます.まずは1組の様子です。

前述のように、1組は航空宇宙学専攻の新入生のグループです。

主な立ち寄り先は、JAXAの調布航空宇宙センターとJALの羽田工場です。

JALの格納庫見学の際の写真は、Web掲載が禁止されていますので省略しました(撮影そのものは構わないようです)。


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            調布航空宇宙センター(その1)


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              調布航空宇宙センター(その2)


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              調布航空宇宙センター(その3)


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            夕食の風景(勝浦ホテル三日月)


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            夕食後の研修風景(勝浦ホテル三日月)

  結構派手な色使いの椅子. カラオケルームを借り切ったとか・・・ (^_^;)


 3月28日(土)に新年度受験生向け,第一回オープンキャンパスが実施されました.

 新年度受験生向けといっても,春休みや夏休み中のオープンキャンパスは,低学年(新2年生以下)の生徒さんの参加が多いのが特徴です.早い段階からいろいろな大学や学科を見て回り,進路決定の参考にしようという意識の高い高校生が少なくありません.また,最近は女子高生の参加が多いのも特徴です.事務局の発表では,参加高校生の4人に1人が女子高生だったようです.機械工学科の展示コーナーにも,航空宇宙分野に興味があるという女子高生の見学や相談が増えています.
 機械工学科の展示コーナーでは,前回のオープンキャンパスから,大学院生や卒研生に案内や説明を手伝ってもらっています.高校生が気軽に話しかけられるようにという配慮からです.今回は山岸研究室の学生さん3名に手伝っていただきました.
 
 次回は,6月7日(日)に開催されます. 
                



                   宇宙カレンダーの説明


 
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                   山岸研の研究内容の説明            


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              体験コーナー(ペーパープレーン作成)


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             いつも人気のフライトシミュレーター体験コーナー 

                                                        (H.T.)