2021 Fiscal Year Annual Research Report
Unravelling nonlinear phenomena in thermoacoustic self-excited oscillations−aiming at promotion and suppression of the oscillations−
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18H01375
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
杉本 信正 大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい教授 (20116049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 大 福井工業大学, 工学部, 教授 (40448048)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱音響 / 熱流の不安定化 / 臨界条件 / ループ管路 / 直管 / 自励振動 / 衝撃波 / エネルギー・ハーベスティング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
継続課題として，熱音響現象のシミュレーション方法の確立を目指した．管路内に設置されるスタックの両端では，流路面積の急拡大や急縮小に伴う渦の発生や剥離による損失が発生する．また，隣接する熱交換器においても同様の現象が発生するだけでなく，外界との熱流の出入りが発生する．このような複雑な現象をスタック外部の簡単化された方程式の境界条件として考慮するには，流管モデルを用いるのが適切である．このモデルを用いループ管路内にスタックを設置した場合の熱音響自励振動のシミュレーションを実施し，管路に流出入する熱流を定量化した．この成果は1年延期され2022年7月にオックスフォード大学で開催された第22回非線形音響国際シンポジウムで発表した．
これまでの知見をもとに，ターボ機械等における熱音響現象の研究を開始した．最も簡単な例としてターボファンエンジンを想定し，円筒ダクト内を伝播する非平面音波に及ぼす軸方向の温度勾配の影響を調べた．ダクト内には円周方向にファンの翼枚数に相当する波数の音が発生する．ファンにより軸方向の流れが発生するが，この影響は音の波長を長くし，周波数にドップラーシフトを発生させる他には影響を与えないため，まずは流れが無い場合の音の伝播に及ぼす熱音響効果をこれまで開発してきた境界層理論を用いて明らかにした．これにより温度勾配がない場合の非平面音波に及ぼす減衰率が初めて定量化された．温度勾配の影響は音をダクトの低温部に閉じ込める作用をすることが明らかになった．これら成果はJournal of Fluid Mechanicsに発表した．
上記研究と並行して，ループ管路内に発生する振動流を利用してウエルズ・タービンを回転させ，同軸に直結した直流発電機による発電が可能であることを確認した．タービンの位置によって発振モードが変わるなどの興味深い現象が見られ，今後の研究が待たれる．
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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