Updated on 2024/04/26

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USHIOKU, Takahiro
 
Affiliation
Faculty of Science and Engineering, School of Fundamental Science and Engineering
Job title
Assistant Professor(without tenure)

Research Experience

  • 2021.04
    -
    Now

    Waseda University   Faculty of Science and Engineering

  • 2020.04
    -
    2021.03

    Waseda University

Education Background

  • 2020.04
    -
    Now

    早稲田大学大学院   基幹理工学研究科   機械科学・航空宇宙専攻 博士後期課程  

  • 2018.04
    -
    2020.03

    Waseda University  

  • 2014.04
    -
    2018.03

    Waseda University   School of Fundamental Science and Engineering  

Professional Memberships

  • 2021.05
    -
    Now

    The American Society of Mechanical Engineers (ASME)

  • 2020.07
    -
    Now

    日本応用数理学会

  • 2018.12
    -
    Now

    日本機械学会

Research Areas

  • Applied mathematics and statistics / Fluid engineering

Research Interests

  • Multiphase Flow

  • Particle Method

  • Shock Wave

  • Cavitation

Awards

  • ASME 2021 Fluids Engineering Division Summer Meeting, Best Presentation Award

    2021.11   The American Society of Mechanical Engineers   Numerical Investigation of Cloud Cavitation and its Induced Shock Waves

    Winner： Takahiro Ushioku, Hiroaki Yoshimura

  • 機械工学記念学術賞 柴山賞

    2018.03   早稲田大学  

    Winner： 牛奥隆博

  • 基幹理工学部長賞 優秀賞

    2018.03   早稲田大学  

    Winner： 牛奥隆博

 

Papers

  • Numerical Investigation of Cloud Cavitation and Its Induced Shock Waves

    Takahiro Ushioku, Hiroaki Yoshimura

    ASME 2021 Fluids Engineering Division Summer Meeting   ( 65731 )  2021.10  [Refereed]

    Authorship：Lead author

  • Numerical Study of Unsteady Behavior of Cloud Cavitation by Smoothed Particle Hydrodynamics

    Takahiro Ushioku, Hiroaki Yoshimura

    ASME 2020 Fluids Engineering Division Summer Meeting   ( 20117 )  2020.10  [Refereed]

    Authorship：Lead author

Presentations

  • Observation and Measurement of Two-Dimensional Velocity Fields Induced by Laser-Induced Cloud Cavitation via Particle Image Velocimetry

    T. Ushioku, H. Kashiwabara, M.Yu, H.Yoshimura

    Presentation date： 2023.09

    Event date：
    2023.09
    　
    　

  • PIV measurement of velocity field of laser-induced cloud cavitation

    T. Ushioku, Z. Liu, H. Yoshimura

    AJKFED 2023 

    Presentation date： 2023.07

    Event date：
    2023.07
    　
    　

  • Experiments and Numerical Analysis of Rebounding Behaviors of a Laser-Induced Cloud Cavitation

    T.Ushioku, H.Yoshimura

    Presentation date： 2022.09

    Event date：
    2022.09
    　
    　

  • 二次元SPH法によるキャビテーションクラウドの集団的圧壊に伴う衝撃 波現象に関する数値解析

    牛奥隆博, 吉村浩明

    日本応用数理学会2022年度年会 

    Presentation date： 2022.09

    Event date：
    2022.09
    　
    　

  • Modeling and Numerical Simulation of Single Bubble Dynamics and Shock Wave Propagation

    Presentation date： 2021.09

    Event date：
    2021.09
    　
    　

  • 二相混合体理論に基づくキャビテーションクラウドの非定常挙動に関する数値解析

    牛奥 隆博, 吉村 浩明

    日本応用数理学会2021年度年会 

    Presentation date： 2021.09

    Event date：
    2021.09
    　
    　

  • Numerical Analysis of Unsteady Behavior of Cloud Cavitation and Its Induced Shock Waves by Two-Dimensional Smoothed Particle Hydrodynamics Method

    Presentation date： 2021.09

    Event date：
    2021.09
    　
    　

  • Multiphase flow analysis of unsteady behavior of cloud cavitation by the smoothed particle hydrodynamics method

    Takahiro Ushioku, Hiroaki Yoshimura

    International Workshop on Multiphase Flows: Analysis, Modeling and Numerics 

    Presentation date： 2020.12

    Event date：
    2020.12
    　
    　

  • Numerical Analysis of Unsteady Phenomena of Cloud Cavitation by the Two-dimensional Smoothed Particle Hydrodynamics Method

    Presentation date： 2020.09

    Event date：
    2020.09
    　
    　

  • 気液混合体モデルによるクラウドキャビテーションの非定常挙動と渦流れ構造

    牛奥 隆博, 吉村 浩明

    日本応用数理学会 2020年度年会 

    Presentation date： 2020.09

    Event date：
    2020.09
    　
    　

  • SPH法によるクラウドキャビテーションの2次元流れに関する数値解析

    牛奥 隆博, 吉村 浩明

    日本機械学会関東支部第26回総会・講演会 

    Presentation date： 2020.03

  • Experimental Observations of Single Bubble Dynamics and Induced Shock Waves

    Takahiro Ushioku, Masaki Kunishima, Takashi Imamura, Hiroaki Yoshimura

    Fourth International Conference on Recent Advances in Nonlinear Mechanics 

    Presentation date： 2019.05

    Event date：
    2019.05
    　
    　

  • 確率的レイリー・プレセット方程式の変分的定式化と分岐現象の解析

    牛奥 隆博, 吉村 浩明

    日本応用数理学会2018年度年会 

    Presentation date： 2018.09

    Event date：
    2018.09
    　
    　

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Research Projects

  • レーザー誘起キャビテーションクラウドの二次元流速ベクトル場の計測

    早稲田大学  特定課題（研究基盤形成）

    Project Year :

    2023.06
    -
    2024.03
     

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動に関する観測実験及び二次元混相流解析

    早稲田大学  特定課題（研究基盤形成）

    Project Year :

    2022.06
    -
    2023.03
     

  • レーザー誘起キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波の発生・伝播に関する観測実験と混相流解析

    早稲田大学 理工学術院総合研究所 若手研究者育成・支援事業  第12期アーリーバードプログラム

    Project Year :

    2022.06
    -
    2023.03
     

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波現象の解明に関する研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 研究活動スタート支援

    Project Year :

    2021.08
    -
    2023.03
     

    牛奥 隆博

    　View Summary

    キャビテーション気泡の集合体はクラウドと呼ばれ，集団的なリバウンド挙動を示すことで知られている．特に，クラウドの圧壊時に非常に強力な衝撃波が発生するとされ，実験的観測と数値解析の両面からの詳細な調査による現象のメカニズムの解明は重要な課題として位置付けられている．そこで，本研究では，パルスレーザーの照射により静止流体中への水ジェットの噴射を行い，それに伴って発生するキャビテーションクラウドについて，高速度カメラを用いた観測実験と粒子法を用いた数値解析の両面から現象の詳細な調査を行う．本年度はSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法に基づく，気液混合体モデルを用いた二次元の流れ場の解析を実施し，混相流の流れ場の観点からクラウドの初生からリバウンドするまでの非定常挙動，およびクラウドの圧壊に伴う衝撃波の発生と伝播について数値的な調査を行った．令和3年度の主な研究成果としては，（１）水ジェットと双子渦の流れ場の中でクラウドの初生が起き，そして双子渦はクラウドの界面に沿って運動していくこと，（２）双子渦の運動に伴い，クラウド界面の運動が成長から収縮に切り替わり，最終的に全てのクラウド界面が収縮運動を示して激しい圧壊が誘起されること，（３）mmオーダーのクラウドが圧壊することにより，MPaオーダーの衝撃波が複数発生し，媒質の音速に近い速さで周囲に伝播していくこと，以上3点が数値解析の結果より明らかになった．上記の成果については，国際会議にて1件，国内会議にて2件の口頭発表を行っている．特に国際会議における発表ではBest Presentation Awardを受賞し，研究成果が認められている．

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波現象の解明に関する研究

    文部科学省  スーパーグローバル大学創成支援

    Project Year :

    2020.04
    -
    2023.03
     

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波現象の解明に関する研究

    早稲田大学 理工学術院総合研究所  若手研究者育成・支援事業 第11期アーリーバードプログラム

    Project Year :

    2021.06
    -
    2022.03
     

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波現象の解明に関する研究

    早稲田大学  特定課題（研究基盤形成）

    Project Year :

    2021.06
    -
    2022.03
     

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Other

  • ASME 2021-2022 Fluids Engineering Division Graduate Student Scholarship

    2021.08
    -
    　

  • HIRAKU 未来博士３分間コンペティション2020 ファイナリスト

    2020.11
    -
    　

  • 早稲田大学 2020年度大学院博士後期課程若手研究者養成奨学金

    2020.08
    -
    　
 

Teaching Experience

  • 理工学基礎実験2B

    早稲田大学  

    2021.04
    -
    Now
     

  • 理工学基礎実験2A

    早稲田大学  

    2021.04
    -
    Now
     

 

Internal Special Research Projects

  • レーザー誘起キャビテーションクラウドの二次元流速ベクトル場の計測

    2023   吉村浩明

    　View Summary

    クラウドキャビテーションは集団的に成長と圧壊を繰り返すリバウンド挙動を示すことで知られ，特に圧壊時に強力な衝撃波を放出するとされている．このような衝撃波現象は流体機械において騒音や振動，壊食といった有害な現象を引き起こす一方で，近年ではパルスウォータージェットメスや水質改善技術等，医療や環境の分野において工学的な応用が進められている．したがって，衝撃波を誘起するクラウドキャビテーションの非定常挙動の詳細を明らかにすることは重要な課題である．しかし，本現象は少なくともマイクロ秒のオーダーの非常に高速な現象であるために，従来の研究では実験的にクラウドの非定常挙動を詳細に観測された例は少ない．特に，クラウドの非定常挙動に伴う流速ベクトル場の変化を観測した例はほとんど見当たらず，クラウドの周囲の流動構造は実験的に明らかにされていないのが現状である．そこで，本研究では，粒子画像流速測定法（PIV法）によるクラウド周囲の流速ベクトル場の計測と観測を行い，クラウドの非定常挙動に伴う流動構造の変化について調査を行った．具体的には，水中パルスウォータージェットの噴射に伴って発生するクラウドを対象として，蛍光PIV法と撮影速度30万fpsの高速度ビデオカメラを用いて粒子画像を撮影し，PIV解析によりクラウド周囲の流速ベクトル場と渦度場の計算を行った．その結果として，クラウドの成長過程において双子渦の流れ場が発生し，そしてクラウドの非定常挙動に伴って運動する様子が観察された．また，申請者のグループがこれまでに実施してきた，SPH法による二次元混相流解析の結果と比較したところ，両者においてクラウドの成長・収縮過程における双子渦の流れ場の運動，およびクラウドの圧壊前後での渦構造の消失と再発生が見られ．数値解析結果と実験結果で観察された流動構造が定性的によく一致することが明らかになった．

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動に関する観測実験及び二次元混相流解析

    2022   吉村　浩明

    　View Summary

    キャビテーション気泡の集合体であるクラウドは集団的なリバウンド挙動を示し，圧壊時に衝撃波が発生するとされているが，そのメカニズムは十分に明らかにされておらず，実験と数値解析の両面からの詳細な調査が求められている．本研究では，Ho:YAGレーザーの発射に伴って発生するクラウドの非定常挙動の観測と二次元SPH法による混相流解析との比較・検討を行った．その結果，実験ではクラウドの初生からリバウンドするまでの一連の非定常挙動と圧壊時の衝撃圧の観測に成功した．また，数値解析では，実験で観測されたクラウドの非定常挙動や形状を定性的に再現できており，さらに圧壊時の衝撃圧がオーダーレベルで一致していることが分かった．

  • キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波現象の解明に関する研究

    2021   吉村　浩明

    　View Summary

    キャビテーション気泡の集合体であるクラウドは，集団的な成長と圧壊運動を繰り返すと共に，圧壊時に衝撃波を発生するとされている．本研究では，これらの現象のメカニズムの解明を目的として，静止流体中での液体ジェットの噴射に伴って発生するクラウド現象について，SPH法による二次元混相流解析を行った．その結果，クラウドの発生からリバウンドするまでの一連の非定常挙動の再現に成功し，双子渦がクラウドの界面に沿って運動することにより，クラウドの激しい圧壊へと繋がることがわかった．また，mmオーダーのクラウドが圧壊することによりMPaオーダーの非常に強力な衝撃波が発生し，媒質の音速に近い速度で伝播することが明らかになった．