2018 Fiscal Year Research-status Report
Drag force and flow field measurement of a sphere in the low Reynolds number and high Mach number flows using magnetic suspension and balance system
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18K18818
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野々村 拓 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60547967)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
半田 太郎 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30284566)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 低レイノルズ数・高マッハ数流れ / シュリーレン計測 / 磁力支持 / 流体抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は当初，予定していた磁力支持天秤の製作検討から開始した．当初の予定通り，浮遊が可能なアンプ，コイル，センサの組み合わせがあり得ることを示したが，最も重要となる抵抗計測の際に，コイルの発熱量からコイルの抵抗値が安定しないことがわかり，求めていた精度を達成できないことがわかった．そこで本課題では，複数の方式を検討しなおした後，衝撃風洞を利用し気流が到達するタイミングで磁力支持を開放，自由落下する球と球周りの流れの計測を実施することに変更した．このために,衝撃波背後の一様流に合わせて磁力支持していた球を放出する機構を開発し，このタイミングを調整することで，球まわりに一様流を形成することに成功した．さらに，球の軌跡を追い，抵抗値を推定することができた．この精度はこれまでのバリスティックレンジで求めた抵抗値に比べ格段に高いものとなった．得られた抵抗値は過去の実験報告と同様に，経験式よりも高めに出ており，これが物理現象に由来するものかなどを現在鋭意検討している．一方で，流れ場の観測は，シュリーレンを利用して衝撃波通過直後の過渡応答流れを低レイノルズ数の条件で世界にさきがけて明らかにできた．出発渦の発生時刻など詳細な情報が得られている．一方で，これは当初の試験方法でも同様に生じたと考えられるが，風洞壁面の乱流境界層により，発達後の流れ場の観測は困難であることがわかった．今後画像処理などで流体現象をより鮮明に可視化することを検討している．
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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
当初予定していた，磁力支持天秤から磁力支持した球を放出する試験へと変更した．このため，予期せぬ実験冶具の設計・製作が必要となったが，順調にこれらが完成し，実験は非常にうまくいっている．上記風洞壁面の乱流境界層の発達により，発達後の流れ場の光学観測が難しいことが分かってきたが，画像処理などの技術を利用してこの問題を解決していきたい．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は，平成30年度に実施した実験の再現試験および，得られた画像から画像処理を行って，乱流境界層の影響を取り除き，より鮮明に流れ場を可視化することを行う．また本試験方式に変えることで，複数粒子まわりの流れ場の観測ができることがわかったので，複数粒子まわりの流れ場の観測にも挑戦したい．これらの結果をまとめ，低レイノルズ数・高マッハの流れ場の詳細を解明したい．
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| Causes of Carryover |
当初計画の磁力支持天秤装置の製作を取りやめ，磁力支持した球を放出する形式に変更したため，当初計画で必要だったアンプ，コイルの製作が不要になった．新しい方式では，少額の装置で実験実施が可能となったが，次年度は光学計測における乱流境界層の影響を取り除くために，計測手法の改善のための新たな光学素子や，画像処理のための計算機を購入してこれを進めたい．
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Research Products
(2 results)
