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2022 Fiscal Year Research-status Report

衝撃波閉じ込め領域の制御に向けた壁面表面設計

Research Project

Project/Area Number 19K04182
Research InstitutionNara 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 – 2024-03-31
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 / 3D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実験を行った.特に形状を追加し,凹形状の曲率をパラメータとして実験を行い,形状の特性を調べた.これにより,実験的に衝撃波の収束位置と噴流の位置関係が明らかになった.これは,様々な強さの衝撃波を噴流に衝突させることができることを示しており,今後,数値計算と比較する上で重要になる.以上のように,形状をパラメータとして実験を行い,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詳細に調べた.
数値計算については,実験と同条件における三次元解析環境の構築を行った.格子数,格子形状をパラメータとして解析を行い格子依存性を検討した.さらに計算の確かさを確認するために,先行している実験結果と比較を実施し,定性的にほぼ一致すること確認できた.

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,凹型の反射形状をパラメータとして実験を行い詳細な実験を目標にし,実施を計画した.今年度は実験装置の作成,パラメータを振った実験を多く計画していたため,コロナ感染拡大時に実験で遅れが発生した.オンライで対応可能な数値解析については,これまでのコロナ禍で先行して進めてほぼ完了していたため進めることができず,計画全体で遅れが生じた,
数値計算については,すでに環境構築が完了しており,実験結果取得後すぐに比較を行い,計算の確かさの確認を行うことができた.ただし,実験が遅れたため実験と同様のパラメータを用いた3D解析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,当該年度で数値解析に必要なデータが揃ったため,実験と同様の条件において3D数値解析を実施する.ここでは,噴流と衝撃波の衝突時に反射が起こる条件を詳細に調べる.パラメータには,これまでの実験と同様に反射壁面形状および衝撃波管の圧力比,反射板と衝撃波管の距離を採用する.
実験では,数値解析から得られた考察について,確かめるための実証実験の実施を検討している.

Causes of Carryover

【現在までの進捗状況】に記したように,コロナ感染症拡大により影響を回避することができずに,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の鮮明さおよび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.

  • Research Products

    (4 results)

All 2023 2022

All Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] W-BOS法を用いた小容積衝撃波管より流出する超音速流れの可視化2023

    • Author(s)
      松川航大,福岡寛,中村篤人,須田敦
    • Organizer
      2022年度衝撃波シンポジウム講演論文集,1A3-2,(2023.3.8-10,産業技術総合研究所)
  • [Presentation] 収束衝撃波および超音速噴流の可視化実験について2023

    • Author(s)
      庄野 晴人,福岡 寛,須田 敦,矢尾 匡永
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会2022 年度学生員卒業研究発表講演会前刷集,11033,(2023.3.15,京都工芸繊維大学)
  • [Presentation] Effect of Exit Diameter of Elliptical Cell attached to Small Shock Tube on Shock Wave-Induced Vortex Ring and Unsteady Jet2022

    • Author(s)
      Bomura Ryu, Fukuoka Hiroshi, Suda Atsushi, Kuniyoshi Nao, Yaga Minoru, Ueno Eri, Takiya Toshio and Fukuda Naoaki
    • Organizer
      The 12th TSME International Conference on Mechanical Engineering, 15 December 2022, Phuket, Thailand.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Observation of Collision Process between Converging Shock Wave and Supersonic Jet2022

    • Author(s)
      Keitaro Deyama, Hiroshi Fukuoka, Atsushi Suda, and Shigeto Nakamura
    • Organizer
      9th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science(AJWTF2022), 4058, (2022.11.27-30, MYSTAYS Utsunomiya, Japan)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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