• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

集中系モデルを用いた熱音響現象の解析手法の開発

Research Project

Project/Area Number 21K14106
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionKitakyushu National College of Technology (2022-2023)
Seikei University (2021)

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)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
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)
Keywords集中質量系モデル / 熱音響 / 熱輸送 / 定常応答解析 / 消音器 / 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
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.

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):熱音響自励振動解析モデルを基調として,スピーカ駆動型熱音響ヒートポンプの定常応答解析手法を開発した.(2):スピーカ駆動型熱音響ヒートポンプの実験装置を応用して,熱を利用した消音器の製作について検討を行った.
今年度は,これまでに開発した熱音響自励振動解析モデルを用いて.スピーカ駆動型熱音響ヒートポンプにおける定常状態の熱流束を解析した.解析した熱流束が管内で最小化されるように温度分布を更新する方法を開発した.開発した方法を用いて,スピーカの電圧と熱音響管に発生する温度分布の関係を解析することができた.昨年度製作した実験装置によって実験も行っており,解析結果と実験結果が非常によく一致した.また,提案手法の応用として,熱を利用した消音器の製作についても検討を行った.熱音響管内の蓄熱器を自励振動が発生する場合とは逆方向に加熱することで,スピーカから発生した騒音を低減できることが分かった.蓄熱器の部分で音波を進行波状態に近づけるほど騒音の抑制効果が向上することも分かった.以上に関連する研究成果は,国内の学会で発表している.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

転職に伴う研究環境の変化があったため,一部研究方針の変更を行った.スピーカ駆動型熱音響ヒートポンプは解析に集中して検討を行っており,定常応答解析によって発生する温度勾配を予測できる手法を開発できた.また,蓄熱器を加熱する実験も行うことに成功し,応用として消音器に関する検討を行った.以上のように,当初の予定とは別の方向で成果を得られた一方,予定していた非線形領域の検討が十分にできていないため,総合的な進捗状況はやや遅れていると判断した.

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た熱音響現象の簡易解析手法の開発と実験的検証を行う.特に,実験の比較的容易な音入力によって発生する熱輸送現象に集中した検討を行う予定である.次年度は,まずヒートポンプをより実用的な冷凍機に拡張した場合の検討を行う.また,大音圧を利用した非線形熱音響実験の実施を目指す.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ているか検証を行う.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Open Access: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Compact wave-trapping control with energy dissipation for one-dimensional continuous systems based on an extended wave filtering method2024

    • Author(s)
      Iwamoto Hiroyuki、Hisano Shotaro、Zander Anthony C.、Akmeliawati Rini
    • Journal Title

      Applied Acoustics

      Volume: 216 Pages: 109782-109782

    • DOI

      10.1016/j.apacoust.2023.109782

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Wave-trapping control of a cascaded lumped-parameter system using opposed active wave diodes2023

    • Author(s)
      Iwamoto Hiroyuki、Hisano Shotaro
    • Journal Title

      Journal of Sound and Vibration

      Volume: 543 Pages: 117371-117371

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2022.117371

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coupled Analysis of Acoustic Space and Thin-Plate Vibrations by a Lumped-Mass Model Using Raviart?Thomas Elements2022

    • Author(s)
      Hisano Shotaro、Ishikawa Satoshi、Iwamoto Hiroyuki
    • Journal Title

      Journal of Theoretical and Computational Acoustics

      Volume: 30 Issue: 04

    • DOI

      10.1142/s259172852250013x

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Audible sound analysis of parametric speaker by concentrated mass model (Steady-state response analysis for cylindrical acoustic space by substructure synthesis method)2022

    • Author(s)
      HISANO Shotaro、IWAMOTO Hiroyuki、ISHIKAWA Satoshi
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 88 Issue: 911 Pages: 22-00096-22-00096

    • DOI

      10.1299/transjsme.22-00096

    • ISSN
      2187-9761
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Minimization of acoustic power in free space using multiple distributed sound sources (On the generation condition of the zero control power phenomena)2022

    • Author(s)
      OGASAWARA Yuta、IWAMOTO Hiroyuki、HISANO Shotaro
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 88 Issue: 915 Pages: 22-00217-22-00217

    • DOI

      10.1299/transjsme.22-00217

    • ISSN
      2187-9761
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 直列状の周期構造によるトポロジー最適化2024

    • Author(s)
      濱村里梨香, 久野翔太郎, 古野誠治
    • Organizer
      日本機械学会九州支部第77期総会・講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] PVDFフィルムを用いた柔軟はりの運動エネルギ最小化2024

    • Author(s)
      平倉里李香, 久野翔太郎, 岩本宏之, 古野誠治
    • Organizer
      日本機械学会九州支部第77期総会・講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 超指向性音源による局所音場生成の解析2023

    • Author(s)
      久野 翔太郎, 岩本 宏之
    • Organizer
      Dynamics & Design Conference 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] スピーカー駆動型熱音響ヒートポンプの振動解析2023

    • Author(s)
      普入 大輝, 久野 翔太郎, 岩本 宏之, 石川 諭
    • Organizer
      Dynamics & Design Conference 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 熱音響サイレンサーの性能評価2023

    • Author(s)
      普入大輝, 久野翔太郎, 岩本宏之, 石川諭
    • Organizer
      第21回評価・診断に関するシンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Analysis of thermoacoustic phenomenon using concentrated mass model2023

    • Author(s)
      D. Funyu, S. Hisano, H. Iwamoto, S. Ishikawa
    • Organizer
      Noise and Vibration: Emerging Methods (NOVEM 2023)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Minimization of acoustic power in free space using dipole sound sources2023

    • Author(s)
      Y. Ogasawara, H. Iwamoto, S. Hisano
    • Organizer
      Noise and Vibration: Emerging Methods (NOVEM 2023)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 關龍平, 岩本宏之, 久野翔太郎, 石川諭2023

    • Author(s)
      パラメトリックスピーカとマイクロホンによる吸音率測定法の新提案
    • Organizer
      日本機械学会 関東支部 第29期総会・講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 關 龍平, 岩本 宏之, 久野 翔太郎, 石川 論2022

    • Author(s)
      パラメトリックスピーカによる吸音材の性能評価
    • Organizer
      第20回評価・診断に関するシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 集中系モデルを用いた超音波の非線形相互作用に対する定常応答解析手法の開発2021

    • Author(s)
      久野 翔太郎, 岩本 宏之, 石川 諭
    • Organizer
      環境工学総合シンポジウム講演論文集 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 集中系モデルを用いた熱音響自励振動解析手法の検討2021

    • Author(s)
      久野 翔太郎, 石川 諭, 岩本 宏之
    • Organizer
      Dynamics & Design Conference 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 集中系モデルを用いたインピーダンス境界を有する空間におけるパラメトリックスピーカの解析2021

    • Author(s)
      關 龍平, 久野 翔太郎, 岩本 宏之, 石川 諭
    • Organizer
      Dynamics & Design Conference 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 対向型アクティブ波動ダイオードを基調とした一次元集中定数モデルにおける波動トラッピング制御2021

    • Author(s)
      岩本 宏之, 久野 翔太郎, 田中 信雄
    • Organizer
      Dynamics & Design Conference 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi