2020 Fiscal Year Annual Research Report

Amplification of thermoacoustic oscillations by locally connected large resonators

Research Project

Project/Area Number	18K03938
Research Institution	Fukui University of Technology
Principal Investigator	清水大福井工業大学, 工学部, 教授 (40448048)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	杉本信正関西大学, 先端科学技術推進機構, 研究員 (20116049)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	熱音響自励振動 / 大振幅 / ヘルムホルツ共鳴器 / 局所接続 / ２次振動モード / エネルギーカスケード / 曲率
Outline of Annual Research Achievements	大型共鳴器の局所接続により，定在波型，進行波型を問わず，熱音響自励振動の大振幅化が可能であることを明らかにした．従来の共鳴器列では困難であった特定の振動モード，とりわけ２次振動モードの発生を顕著に抑制し，より高次な振動モードへのエネルギーカスケードを根本から断ち切ることにより，熱音響自励振動を大振幅化できることを実験により明らかにした．共鳴器の固有振動数を自励振動の２次振動モードの振動数により近づけた実験では，共鳴器を取り付けない場合と比べた超過圧の増幅率の最大値がむしろ低下することが分かった．令和２年度は，ループ管の対称な位置２カ所に共鳴器の局所接続を可能とする装置１対を挿入した進行波型熱音響エンジンにおいて実験を行った．共鳴器の局所接続は，定在波成分の発生および高次振動モードへのエネルギーカスケードを抑制し，進行波型においても自励振動の大振幅化に有効であることを明らかにした．しかしながら，接続数の増加は，むしろ進行波成分の減衰を引き起こし，多くとも２対の共鳴器を局所接続した場合に増幅率が最大となることが分かった．また，進行波型では，共鳴器とスタックの相対的な位置関係が同じであっても，スタックと曲管の位置関係によっては，自励振動が減衰する場合もあることが分かった．これを踏まえ，曲率の異なる曲管で構成されるループ管において実験を実施したところ，発生する自励振動の振幅が曲管の曲率に依存することが分かってきた．そこで今後は，共鳴器による増幅効果に加え，曲管の曲率が熱音響自励振動に与える影響について研究を進める．本研究では，実験装置の一部のみを局所接続可能とすることにより，これまで用いてきた共鳴器列による熱音響自励振動の増幅方法と同等もしくはそれ以上の増幅効果が得られることを明らかにした．その意義は非常に大きく，既存の技術との相乗効果がより一層期待される．