2019 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 / 同期現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱音響機関は蓄熱器にて熱流と仕事流のエネルギー変換を行う熱機関であるために、エントロピー生成を不可逆性の視点として用いることで熱効率の向上や低下の理由の特定が可能であると考えられる。蓄熱器で行われるエネルギー変換は定性的には流路半径rに対する熱境界層厚さδの比で理解することができる。r<<δの場合には熱流と仕事流のエネルギー変換は等温的に行われる。一方でr>>δの場合には断熱的となるため熱流と仕事流のエネルギー変換は行われない。よって熱音響現象は概ねr/δ<10の領域で生じる。実際に多くの先行研究において系に対してr/δを適切に設定することが熱効率を高くするために必要であることが示されている。しかしながらどの程度のr/δで熱効率が最大となるか自明ではない。また実験にてr/δを変化させ、その他の実験条件を同一とした場合の熱効率測定を検討した例はほとんどない。本研究では蓄熱器の上流と下流に対置したリニアモーターを独立して用いて作動流体を強制加振することで、任意の音場を蓄熱器に形成した。また装置内に封入した作動気体の平均圧を変化させることによってδ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実験にて測定した。なお蓄熱器高温端面温度は573K、蓄熱器低温端温度は293Kに固定した。実験結果では熱効率はr/ δに依存して最大点を有する傾向を示し、本実験装置・実験条件ではr/δ=0.25で熱効率は最大となりカルノー効率の46%程度に達した。なお、本実験での熱効率は熱伝導や大気への放熱といったロスも含む結果であるため、これらのロスを差し引いた熱音響現象のみに起因する熱効率はさらに高いと考えられる。また、エントロピー生成はr/δに依存して最小点を有する傾向を示した。本実験においてエントロピー生成はr/δ=0.21で最小となり、熱効率の最大点のr/δと近い値となった。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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