| Project/Area Number |
21K14106
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology (2022)
Seikei University (2021) |
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Principal Investigator |
久野 翔太郎 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 助教 (00825945)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 熱音響自励振動 / 集中系モデル / 固有値解析 / 熱音響現象 / 自励振動 / 非線形振動 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，壁面に温度勾配のある音響管を質量－ばね－減衰からなる集中系モデルで定式化し，当該モデルを用いた汎用的な熱音響現象の解析手法を確立することを目指す．
熱音響現象は，環境負荷の少ない高効率熱機関として応用できる可能性があることから，近年活発に研究が行われている．本申請で開発する集中系モデルは，熱音響管内の音波を流体粒子の振動として解析するモデルである．このモデルを用いて熱音響管における自励振動解析を行い，熱音響現象のメカニズムについて考察する．また，提案手法は振動体や制御系との連成解析が容易である特徴も有するため，この特徴を活かした熱音響機関の改良手法の検討も行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，熱音響現象を解析可能な集中質量モデルの構築とモデルを用いた熱音響自励振動の解析手法の開発を目的とする．また，開発した手法を利用して，振動学的に熱音響自励振動のメカニズムの考察を行い，熱音響デバイスの改良方法について検討する．
今年度の研究実績の概要は以下の通りである．(1)：非線形領域の熱音響自励振動を解析する方法を検討した．(2)：前年度開発した熱音響自励振動解析モデルを基調として，音から熱へのエネルギー変換現象を解析する手法を検討した．(3)：スピーカ駆動型熱音響ヒートポンプの実験装置を作成し，音波入力で熱勾配が発生する現象を確認した．
今年度は，非線形領域の熱音響自励振動を解析するための基礎モデルを構築した．固有値解析のために，シューティング法や調和バランス法の利用を検討しており，モデルの妥当性は今後の実験で確認する予定である．また，熱音響自励振動は，熱から音へのエネルギー変換現象であるが，この現象のメカニズムを理解するためには，音から熱へのエネルギー変換現象も並行して考える必要があると考えた．今年度はこの点にも取り組んでおり，単一周波数の音波をスピーカから出力する場合の基礎的な解析モデルを構築し，従来手法であるFDTD法などの理論を参考にして現在も改良を続けている．同時に実験装置の製作も行い，スピーカの電圧に比例してスタックの両端に発生する温度勾配が大きくなる現象を確認することができた．以上に関連する研究成果は，国内・国外の学会や論文集で発表している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度中に転職したため，当初の予定通りのエフォートが確保できなかった．実験環境が変化したため実験装置作成も先送りとなったが，現環境では熱音響管の実験装置作成に関する知見が揃っており，今後の設計製作はスムーズに行える予定である．解析モデルの構築とメカニズムの検討も熱入力と音入力の双方から行っており，総合的な進捗状況はやや遅れていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
既に開発した基礎的な解析モデルを基調として，熱入力によって発生する熱音響自励振動と，音入力によって発生する熱輸送現象の双方から検討を行う．次年度は，熱音響自励振動の実験装置の作成と実験の実施を行う予定である．実験結果と解析結果を比較して，解析モデルが非線形領域にも対応できるように適宜改良を行う．
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
