2021 Fiscal Year Research-status Report
Experimental analysis of three-dimensional unsteady internal flow of torque converter by means of digital holography
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20K04265
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村田 滋 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (50174298)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 流体計測 / 波動光学 / ディジタルホログラフィ / トルクコンバータ / ３次元計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自動車用トルクコンバータの性能向上のための設計指針を得るため，本研究課題では，トルクコンバータ内の３次元非定常流動を精度良く捉えることのできる実用的計測法を開発し，トルクコンバータの振動および騒音に関わる３つの翼列間の３次元非定常流動構造を理解することを目指している．引き続き2021年度は，３次元非定常流動解析を実現する「多重露光ディジタルホログラム流速測定法」と「高空間分解能をもつ局所渦度評価法」の開発に取り組んだ．
まず，「多重露光ディジタルホログラム流速測定法」については，測定法開発の後半として，多重露光粒子像の中心粒子の特定プログラム作成と，多重露光粒子像の奥行位置と奥行移動量の測定プログラム作成を行った．数値解析による性能評価の結果，具体的には３重露光粒子像のセットを近接粒子の影響を大きく受けることなく抽出でき，そのディジタルホログラム解析から可視化トレーサー粒子の奥行成分変位量を0.6mm/s（誤差率10%）程度で求められることを示した．また，実用性評価のための基礎実験として，簡易水槽内に発生させた水噴流の観測装置を作製し，その時間変動を記録した時系列ディジタルホログラムの解析を行った．
次に，「高空間分解能をもつ局所渦度評価法」については，トレーサー粒子として偏光特性をもつ微小な延伸フィルムを用い，その明滅周波数から粒子周りの流体の渦度を評価する手法の実用化を図った．計測原理確認と数値解析による性能検討を2020年度に行っているため，先ず，点滅するトレーサーの追跡法の検討を行い，次に応用計測として往復振動平板周りの渦度分布評価のための観測装置を作製した．前者では，画像相関法に基づくホログラムパターン追跡法が有用であることを確認し，後者では，非定常流動に応じて明滅するトレーサー粒子が追跡可能なことを示した．
以上の結果は，国内講演会で２件の口頭発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年度は，本研究課題で使用中のトルクコンバータモデル試験装置が設置されている建屋が機能改修されたため，2021年8月から2022年3月までの工事期間中，観測試験が実施できず，当初計画を次のように変更して研究を進めた．
本研究課題で最優先事項は「多重露光ディジタルホログラム流速測定法」を開発することにあり，研究対象であるトルクコンバータ内の３次元流動を捉えるためには，この測定法の実用化が求められる．そのため，①照明系と観測系の構築，②多重露光粒子像の抽出処理プログラム作成，③多重露光粒子像の中心粒子の特定プログラム作成，④多重露光粒子像の奥行位置と奥行移動量の測定プログラム作成，が必要となったが，前年度に①と②を完了しているため，2021年度は③と④の開発に取り組んだ．④については，数値解析による誤差評価が十分でないため，現在も進行中である．また，開発手法の測定性能を確認するため，工事で使用できなかったトルクコンバータモデル試験装置と同じ奥行寸法を持つ簡易水槽内に水噴流を発生させ，その流速分布を提案手法で計測しているが，これも継続して実施中である．
次に，「高空間分解能をもつ局所渦度評価法」については，明滅するトレーサーの追跡法の構築は，画像相関法を用いることで完了している．往復振動平板周りの渦度を分布で評価に開発手法を適用する応用計測では，トレーサー数が少なかったため，渦度分布を示すには至っておらず，実験装置構成後，研究を継続している．また，トレーサーとして使用する偏光特性をもつ延伸フィルムの微細化法はラメフレークの蒸着塗装はく離法やサブミリパイプによる打ち抜き法を試み，一定量の微小延伸フィルムの作製を可能としたが，未だ作製量が少なく，別途の方法を検討する必要があり，検討を継続している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は，本研究課題で使用するトルクコンバータモデル試験装置が，建屋工事完了後利用可能となったため，2021年度に十分な計測が実施出来なかったトルクコンバータモデル内３次元流速分布計測を中心に研究を進め，偏光特性をもつ延伸フィルムを微小トレーサーとして用いる局所渦度計測法の性能改善を並行して進める．
先ず，多重露光ディジタルホログラム流速測定法については，2021年度に実験装置を構成した簡易水槽内の水噴流の計測を第1四半期に完了し，数値解析結果と併せてその測定性能を定量評価する．また，トルクコンバータモデル試験装置を用いた観測実験では，多重露光ディジタルホログラム流速測定法による実験解析を継続し，インペラ出口における回転半径と回転軸方向速度，および作動流体の動粘性係数に基づくRe数を約6000と設定した計測を行う．インペラ回転速度とインペラとタービンの回転速度比を実験パラメータとして，定常運転状態の時の３つの翼列間３次元流速分布を多重露光ホログラム解析により測定する．さらに，運転状態変化に対応させた回転速度の時間変化を与え，急発進など過渡運転状態における非定常流速分布を測定し，トルク出力の時間変動と流れ場の関連を調査する．
一方，偏光特性をもつ延伸フィルムを微小トレーサーとして用いる局所渦度計測法については，前年度に構築した計測法の実用性を向上させるために，観測カメラの前面に設置している偏光板を設定回転速度で回転させることで観測光強度の周波数を変化させる周波数バイアス法を適用し，トレーサー粒子の回転速度検出の高性能化を実現する．性能評価は，数値解析と前年度に作製した往復振動平板周りの水流発生装置による基礎試験によって実施する．併せて，偏光特性をもつ微小延伸フィルムの作製法について開発を進める．
研究成果の公表は，学術論文2編，国内講演会口頭発表2件を目標に予定する．
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| Causes of Carryover |
主要実験装置の設置建屋が機能改修工事のため，８ヶ月利用が出来なかったため，観測実験関係の支出が減少した．研究発表についてもオンライン実施だけとなり，出張旅費も必要がなくなった．2022年度は，前年度の遅れを取り戻すよう予算執行する計画であり，研究成果発表も対面実施またはハイブリッド実施の予定となっているため，次年度使用額を適切に利用できるものと見込まれる．
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