2016 Fiscal Year Research-status Report
高次振動モードの抑制による大振幅熱音響自励振動の発生実験
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15K17978
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| Research Institution | Fukui University of Technology |
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Principal Investigator |
清水 大 福井工業大学, 工学部, 准教授 (40448048)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 熱音響自励振動 / ヘルムホルツ共鳴器 / 高次振動モード / 熱音響孤立波 / 音響ソリトン / ループ管 / スタック / 熱交換器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大振幅な熱音響自励振動を発生させる新しい方法を明らかにするため，直管型熱音響エンジンにヘルムホルツ共鳴器を等間隔に接続し，共鳴器列が定在波に対して高次振動モードへのエネルギー移動を抑制する効果を示すことを実験により明らかにした．実験は，平成27年度に構築した直管型熱音響エンジンに対して，ヘルムホルツ共鳴器を軸方向へ等間隔に接続可能とするための加工作業および，接続する共鳴器の選定・構築作業に続けて実施した．管内に発生する自励振動の超過圧は，共鳴器列を局所的に接続することにより，増幅可能であることが分かった．これまでのところ，自励振動の飽和時における超過圧は，低温側の閉端におけるpeak-to-peak値で最大31.7％増幅可能であることが明らかになった．共鳴器列を直管全体に渡って取り付けた場合は，むしろ損失が増大し，自励振動の大振幅化には必ずしも有効でないことも明らかになった．同様に，既存のループ菅型熱音響エンジンに対して，管全体に渡って共鳴器列を取り付けたところ，高次振動モードの発生を抑制する効果が得られる一方で，直管の場合と同様に超過圧の大振幅化は確認されなかった．しかしながら，管全体に渡って共鳴器列を接続することにより，熱音響効果に起因する孤立波（熱音響孤立波）の自律的かつ継続的な発生が可能であることが明らかになったことから，熱音響孤立波の自律的な発生に関する実験結果を学術論文にまとめ，出版した．また，平成29年度に実施するループ菅型熱音響エンジンにおける自励振動の大振幅化実験に向け，曲がり管の設計・製作を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
直管型熱音響エンジンに共鳴器列を接続することにより，熱音響自励振動に含まれる高次振動モードの発生が抑制されることが明らかになった．軸方向に温度分布が存在するだけでなく，スタックや熱交換器の挿入によって空隙率も一様ではない熱音響エンジンにおいて，自励振動に対する高次振動モードの発生を抑制する効果が確認された意義は非常に大きい．平成27年度の実験結果に基づき， peak-to-peak値が最大となる直管の全長およびスタックの挿入位置を採用し，実験を行ったところ，共鳴器列を局所的に接続することにより，管内に発生する自励振動の飽和時における超過圧は，低温側の閉端におけるpeak-to-peak値で最大31.7％増幅可能であることが分かった．本実験装置において，超過圧の増幅率が最大となるのは，共鳴器の接続数が４個の場合であり，更なる接続数の増加は，むしろ損失を増大させる結果となり，自励振動の大振幅化には有効に機能しないことが分かった．注目度の高いループ管型熱音響エンジンにおいても，共鳴器列を局所的に接続することにより，高次振動モードの発生を抑制できることが期待され，研究は順調に進展している．共鳴器は，その固有振動数が直管内に発生する自励振動の基本振動における２次高調波の固有振動数と概ね一致するものを選定し，スロート部は加工が容易な真鍮製とした．また，平成29年度に実施するループ管型熱音響エンジンでの実験に向け，進行波成分を含む熱音響自励振動に対応可能な計測機器の増設も順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，これまで詳細に調べた直管型熱音響エンジンをループ管に組み込み，ループ管型熱音響エンジンを構築する．ループ管に共鳴器列を接続することにより，進行波成分を含む熱音響自励振動に対して，高次振動モードの発生を抑制し，大振幅な自励振動の発生が可能であることを明らかにする．直管型と同様に，先ずは共鳴器を全て取り外した状態での実験を実施し，詳細なデータを取得した後，共鳴器を接続した実験を行う．平成27年度および平成28年度に構築した直管型エンジンは，両端が閉端で構成されるいわゆる半波長管であり，端のないループ管におけるループ全長を１波長とする定在波成分の流速の節にあたる部分を閉端として抜き出した場合を念頭に実験を進めた．したがって，新たに構築するループ管型熱音響エンジンは，そのループ全長が直管型エンジン全長の２倍となる様に構築を進め，スタックについてもループ管の点対称な位置に同じものを２つ挿入することを想定している．しかしながら，ループ管は構造上，曲がり管を必ず含むことから，直管型では考慮する必要のなかった曲がり管とスタックの相対位置が，超過圧に与える影響ついて調べる必要がある．発生する自励振動についても，ループ管では進行波成分が多く含まれることから，先ず，スタックの最適な挿入位置を明らかにした後，共鳴器を用いることで，高次振動モードの発生を抑制し，大振幅な自励振動の発生が可能であることを明らかにする．
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| Causes of Carryover |
研究を進める上で，必要に応じて研究費を執行したため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記理由により当初見込み額と執行額は異なったが，研究計画に変更はなく，前年度の研究費も含め当初の予定通りに計画を進める．
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Research Products
(4 results)
