2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of the Mobile Fluid Laboratory for PBL Education
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17K01056
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
高藤 圭一郎 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 講師 (10461485)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白山 晋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (10322067)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 流体実験 / ポータブル実験装置 / ＰＢＬ教育 / 可視化 / 視線計測 / ３Ｄプリンター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工学教育においてCAE の果たす役割が大きくなっている．我々も竹とんぼを題材としたPBL 教育においてCAEを利用している．結果が簡単に得られ，CAEの教育効果は高いといえる．しかし一方で，実世界との乖離が大きな問題になっている．我々は，この乖離を埋めるため，実際に竹とんぼを作らせ，どのような飛行結果になるかを調べさせ，CAE 結果との比較を加えるという方法を試みている．この中で，流れの可視化実験を加えると，流体現象に興味を示すようになり，基礎力の向上につながる可能性が見出された．また，実験を簡易的に実施できることが学習効果を高める上で鍵となることがわかってきた．そこで，簡易的に，安価に，安全に実施できる流れの可視化，および計測法から構成される「ポータブル流体実験室」の構築を，①安全かつ明瞭なシート光生成装置とトレーサー発生装置の開発，②小型，かつ安定性の高い回転装置の開発，③乱れの少ないポータブル風洞の開発，④実験の見方の教示手法の開発という４つのサブテーマに従って，進めている．
令和元年度は平成30年までの結果と合わせて①では球の後端部の渦など基礎的現象の可視化を実際に行った．②ではこれまでバッテリーを接続したモーターで回転させていた回転翼を，100V電源で駆動する産業用モーターに置換した派生装置を開発した．これにより安定性の高い回転装置の開発への端緒が得られた．③としては概念設計に基づき簡単な試作を行い、実際に駆動させてみた．④については視線計測によって３次元の見方を分析した結果についてとりまとめを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
設定した４つのサブテーマ：①安全かつ明瞭なシート光生成装置，およびトレーサー発生装置の開発，②小型，かつ安定性高い回転装置の開発，③乱れの少ないポータブル風洞の開発，④実験の見方の教示手法の開発に関して，①②④については当初の予定通りに進んでいる．しかしながら③についてはやや遅れている．理由は以下の通りである．
安全かつ明瞭なシート光生成装置の基本的な開発は終了し，利用できることが示された．またトレーサー発生装置については，試作を行い，基本原理の確認ができた．安定した動作を実現する方法の検討段階に達したが実際に小型風洞に組み込んでの検証が遅れている．回転装置については，試作機を用いた実験結果から問題点を抽出し，改善方法を反映した試作が終了した．乱れの少ないポータブル風洞については初期構造の検討が終わって1回目の試作を終了した．実験の見方の教示手法については，いくつかの重要なポイントが明らかになっている．
③の遅れの理由は令和元年度に、研究代表者が親族の介護のために所属研究機関が西日本工業大学(福岡県)から横浜国立大学(神奈川県)へ変更となり、なおかつ職位も教授から講師へ変更となったことにより、研究を取りまとめる時間が十分に確保できなかったためややおくれている状況となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，設定した４つのサブテーマについて，研究を遂行する．
①に関しては，トレーサー発生装置に加え，表面タフト，およびタフトグリッドの効率的な作成法について検討する．
②では，回転精度と解放時に問題があることから，回転精度の向上については目途が立った．引き続き解放時の精度向上のための部分的な設計変更と製作材料の再検討を行う．
③では，乱れの少ないポータブル風洞の試作を行い，問題点の抽出を行う．
④では，視線計測で得られた結果の分析から，実験の見方の教示手法を継続して検討する．
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| Causes of Carryover |
研究代表者が令和元年度に、親族の介護のために所属研究機関が西日本工業大学(福岡県)から横浜国立大学(神奈川県)へ変更となり、なおかつ職位も教授から講師へ変更となったことにより、研究を取りまとめる時間が十分に確保できなかったため。令和2年度においてはとりまとめを当初の計画通りに行う予定。
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