2022 Fiscal Year Annual Research Report
高密度マイクアレイと集束超音波音響流を用いた壁面圧力変動場に基づく乱流制御
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19K04176
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Research Institution | Meiji University |
Principal Investigator |
中 吉嗣 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (10723421)
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Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | 超音波音響流 / 超音波フェーズドアレイ / マイクアレイ / 壁面圧力変動 / 乱流構造 |
Outline of Annual Research Achievements |
今年度は以下の3項目について研究を実施した。(1)超音波触覚ユニットの流れアクチュエータとしての基礎特性評価、(2)壁面圧力勾配変動場測定用2列マイクアレイの開発、(3)壁面乱流圧力変動と乱流構造の関係解明。(1) 1ユニットあたり249個の超音波振動子が搭載されている触覚ユニットを駆動して音響流を発生させた。超音波素子の位相制御によって収束ビームとベッセルビームを形成し、それぞれの音場とそれによって生ずる音響流の関係を明らかにした。(2) 壁面圧力勾配は壁面上で評価したナビエストークス方程式で渦度フラックスと等しいため、壁面圧力変動よりも物理的な作用を評価しやすいと考えられる。今年度は壁面圧力変動勾配の空間分布を測定するための60chの2列マイクロフォンアレイを新たに開発し、その性能を乱流境界層風洞での実験によって評価した。得られた確率密度関数の分布は圧力変動と圧力変動勾配の間欠的な特徴を示し、過去の測定報告例と分布形状が概ね一致した。(3) チャネル乱流の直接数値計算データを用いて、強い壁面圧力変動を作るいくつかの代表的な乱流構造を定義し、これらの特性を評価した。データ駆動型のクラスター解析を用いることで、恣意性ができるだけ小さくなるよう工夫し、強い壁面圧力変動に関連する流れパターンを分類した。 本研究では、(1)で新たな乱流制御アクチュエータを提案し、(2)で流れ場の特徴を捉える新たな計測方法を発展させ、(3)では強い壁面圧力変動に関連する特徴的な乱流構造を明らかにした。これらの知見を統合して新たなセンサ・アクチュエータ・コントローラを構成するというコンセプトが有用である可能性を示した。
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Research Products
(3 results)