2021 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
19K04182
|
|---|
| Research Institution | Nara National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
福岡 寛 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40582648)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 圧縮性流体 / 超音速噴流 / 衝撃波 / 反射衝撃波 / 収束現象 / 閉じ込め / 可視化 / 数値解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，工業，新エネルギー，材料開発で重要な課題である,衝撃波の多重閉じ込め現象を制御する壁面表面形状の設計指針の獲得と、その実験的実証を行う．噴流誘起衝撃波の壁面-噴流先頭間反射による多重閉じ込め現象を，時間分解観測することで，衝突平板壁面の形状と閉じ込めの効率の関係を明らかにし，圧縮性流体のシミュレーションにより閉じ込めが起こる条件での圧力・密度・速度を調べ，閉じ込めに必要な物理条件を明らかにする．
当該年度は閉じ込めに必要な物理条件を明らかにするために，衝撃波の物理条件を変えることができると考えられる凹型形状の反射板を用いた測定システムの改良および詳細な実験を行った．改良は実験結果と数値計算結果を比較するための実験精度の向上のために行った．これにより衝撃波が収束する瞬間およびその前後の流れ場の撮影および圧力計測の時空間的な測定が可能になり，数値計算との詳細な比較も可能になった．実験においては，実験条件を変えて詳細に実験を繰り返し，収束過程にある衝撃波と噴流の衝突について調べた．その結果，可視化実験において噴流と収束過程にある衝撃波を衝突するタイミングを変えることに成功した．このことは，様々な強さの衝撃波を噴流に衝突できることを意味しており，反射の物理条件を調べる上で極めて重要になる．以上のように，衝撃波の閉じ込め現象を実験的に解明するために必要な，収束衝撃波の収束過程を明らかにした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度の研究は，やや遅れている．当該年度は，閉じ込め現象解明に向けての実験的アプローチとして，衝撃波および噴流の時間・空間的な解明に向けて，衝撃波管を改良した計測システムの見直しおよび凹型の反射板を用いた詳細な実験までを目標にし，その構築および実験の実施が完了した．計測システムは，衝撃波管の低圧室に圧力センサを追加することで破膜直後の圧力を測定し，実験開始のトリガーとして使用できるようにした．さらにこれまで衝撃波管の破膜には自然波膜を採用していたために再現性が低かったが，撃針波膜を取り入れることで実験精度を向上した．一方，可視化実験においては，衝撃波と噴流の反射を可視化できる条件が想定よりも下流域で発生したために，一度の実験に時間がかかり，多くのパラメータによる実験は実施できなかった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の進捗方策は，これまでの研究によって衝撃波の収束挙動および噴流との衝突タイミングがわかったため，様々な収束段階において衝撃波が噴流に与える影響を実験的に調べる．実験だけでは，収束過程の物理条件が不明確なため，同様の数値計算を実施し，より深い考察を加える．さらに，今後新しい曲率を持つ反射板を設計する場合においても，予めシミュレーションを実施し，形状設計にフィードバックすることで効率化を図る．
|
| Causes of Carryover |
【現在までの進捗状況】に記したように，実験初期に想定していた可視化範囲では可視化範囲が狭く，実験全体の進捗が遅れた．その結果，当該年度に予定していた光学系の選定に必要な実験が後回しになったことが原因である．そのため今年度は可視化領域を広げるための光学系を優先することで進捗の向上を図る．
|
