2018 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06070
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
長谷川 真也 東海大学, 工学部, 准教授 (30580500)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱音響現象 / エントロピー生成 / 熱効率 / 比音響インピーダンス / 同期現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細管の束(蓄熱器)の軸方向に閾値を超える急激な温度勾配を与えると，管壁と管内気体の間での相互作用により音波が励起し，熱流と音響パワーのエネルギ変換が行われる．この現象は音波を利用した熱機関と見なすことができ，熱音響機関と呼ばれる．熱音響機関のエネルギ変換は管内気体の圧力振動と流速振動の位相差に着目すると，定在波型と進行波型の2つのタイプに分類できる．定在波型のエネルギ変換は不可逆的な熱力学的サイクルによって行われ，熱効率は一般的に低い．一方で進行波型は「理想的」には等温可逆な熱力学的サイクルを実行可能な熱機関に分類することが出来る．ただし，現実の進行波型熱音響機関では，粘性散逸や振動流による熱拡散により，不可逆性が生じ，等温可逆的な熱力学的サイクルを実行することは難しい．不可逆性は熱効率の低下につながる場合が多いため、熱音響現象をエンジンとしての利用する際にも等温可逆的なエネルギ変換を実現することは重要である．一般に熱機関の可逆，不可逆性はエントロピー生成という測度によって評価することができる．上述したように，熱音響機関も熱流と音響パワーの相互変換を行う熱機関であるために，可逆，不可逆性の測度にエントロピー生成を用いることが可能である．本年度は進行波型熱音響機関を対象に規格化音響インピーダンスの絶対値並びに，熱境界層厚さに対する流路径の比を変更しながら蓄熱器におけるエントロピー生成並びにその際の熱効率を解析した．
また上述と並行して定在波型熱音響機関を対象として強制同期時のエントロピー生成を観測した．外力の強さと周波数を変化させることで同期/非同期の境界領域にヒステリシスが存在することを確認した．ヒステリシスが存在する領域を対象に，蓄熱器におけるエントロピー生成を検証している．
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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
当初予定通り，進行波型熱音響機関の蓄熱器におけるエントロピー生成と熱効率を解析した．また蓄熱器におけるエントロピー生成と熱効率を実験にて測定する準備を進めている．
更に昨年から引き続き，定在波型熱音響機関を対象に，強制同期時のエントロピー生成の測定を行っている，特に同期/非同期の境界領域にヒステリシスが存在する場合の蓄熱器におけるエントロピー生成に着目し，実験を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
蓄熱器における熱境界層厚さに対する流路径の比を変更しながら，外部加振器を用いて蓄熱器に音響パワーを入力することで蓄熱器におけるエントロピー生成と熱効率を実験にて測定する．この実験結果を解析にて求めた結果と比較する．
また自励振動可能な定在波型熱音響機関を対象に，外力の強さと周波数を変化させることで同期/非同期の境界領域のエントロピー生成を測定する．これまでに同期/非同期の境界領域にヒステリシスが存在する場合があることを確認している．引き続き，ヒステリシスが存在する領域を対象に，蓄熱器におけるエントロピー生成を調査する．
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