熱流体新技術への音響定在波応用における波動現象解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450070
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 川橋 正昭 埼玉大学, 工学部, 教授 (70008853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平原 裕行 埼玉大学, 工学部, 助教授 (20201733)
• Keywords: 管内定在波 / 有限振幅波動 / 音響圧縮機

Research Abstract

本研究では、管内気柱のショックレス共振を実現することにより得られる、管内有限振幅音場において生じる、定常圧力分布、音響流、熱音響効果などの各種非線形現象を、様々な熱流体新技術に適用することを目的とし、各種形状の管内有限振幅状態で生じる管軸方向定常圧力および温度分布の発生、三次元振動境界層および温度境界層の挙動について基礎的特性について検討した。
断面積変化管内波動の数値解析においては、非定常摩擦項を考慮した一次元数値解析の精度、安定性について詳細に検討し、断面積変化率が及ぼす影響、駆動開始時に生じる過渡現象の影響、などについて検討した。その結果、初期波動現象の影響と波形ひずみの発生過程、収束状況などを明らかにした。同時に軸対称波動解析を行い、計算格子生成の方法、一般曲線座標系での解析上の問題点などについて検討し、境界条件の変更により生じる計算上の不安定などについて明らかにした。
実験では、各種形状の音響管二次元モデル、軸対象モデルを製作し、管の形状および駆動方法による管内有限振幅波動現象の変化について明らかにした。その結果、両端閉止と一端開放による管内共振現象での、波形の非線形歪みの生じ方の違いを明らかにした。さらに、熱対流場に重なる有限振幅波動現象がもたらす対流場の整流作用について、温度場の可視化観測を行い、流速場との関連について明らかにした。有限振幅波動現象の基礎的現象である音響流形成のメカニズムを実験的に検証するため、マイクロPIV計測法によるストークス層内流速分布計測を試み、計測上の問題点について検討した。

Research Products

• [Publications] M. Kawahashi, K. Nishino and H. Hirahara: "PIV Measurements of Thermal Convection Currents Transformed by Finite Amplitude Acoustic Standing Wave"Proceedings of 3rd International Workshop on PIV. 439-444 (1999)
• [Publications] 小塚浩二、川原正昭、平原裕行: "断面積が変化する管内のショックレス有限振幅定在波の解析"日本機械学会講演論文集. 99-19. 195-196 (1999)