2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K04916
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡本 光司 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (70376507)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / テスラターボマシン / マイクロ流体機械 / 境界層 / 流体工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，前年度行っていたCFD解析を引き続き実施し，実験装置設計に必要なテスラポンプの具体的な設計諸元を求めた．得られた候補の中から，1流路当たりの諸元として，流量200ml/s，必要トルク20mNm，最高回転数3000rpmのケースを選び，それに基づいて具体的な実験装置の設計，製造を実施した．また，ポンプ駆動のためのモータや各種計測のためのセンサー類などを選定し，液体ポンプ試験のためのテストリグ全体の設計と手配を行った．
CFD解析においては，更なる効率改善のためのアイデア検討を進めた．これまでの解析により，低流量時にはローター効率が高い反面，ディフューザーとスクロール内部の損失が増大し，高流量時にはその逆の特性があることが分かっている．これまでの効率改善の検討方針では，低流量時にディフューザーとスクロール内部での損失が増加することを防ぐ方向での改善を検討していたが，今回はこれとは逆に，高流量時のローター効率低下を防ぐ方針とした．これを実現するために，従来は平行に固定していた円板を，内側から外側に向かって傾斜をつけた構造にすることによって，効率改善が得られるのではないかと考え，その効果についてCFD解析を通して検討した．その結果，ローター形状や運転状態に応じて最適な傾斜角（ディスク間隔比）が明らかとなった．またそれによって，高流量時にローター効率が改善し，ポンプ全体としての効率も改善が期待できることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
CFD解析によって具体的な設計諸元を得たうえで，実験装置の設計，製造が完了し，現在，組立および試運転の準備を行っているところである．水を作動流体とする試験装置を作るのは初めてであるため，システム設計に予想より時間がかかったことや，コロナ禍の影響によって様々な物品の入手に時間がかかっていることもあり，進捗に多少の遅延が認められる．一方，CFD解析については予定通りに進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず実験装置の組み立て，試運転を早急に行い，装置が問題無く動作することを確認する．そして，試運転を通じてトルク計の必要レンジを確認し，手配を行う．その後，ポンプの基本作動データである流量と回転数，吐出ヘッドの計測を実施する．次に，ディフューザーとスクロール内部のPIV計測の準備を進め，データ取得を試みる．
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| Causes of Carryover |
駆動トルク計測のためのトルク計について，当初は実験装置の製作と同時に手配を行うことを想定していた．しかしトルク計の特性として，計測の最大レンジに対して誤差が決まるため，最大レンジを適切に定める必要が認められた．しかし，水漏れ防止のためのシールによる抵抗が予測できないことから，装置全体が完成した段階で試運転を行い，その試運転の結果を踏まえて，適切な計測レンジのものを発注することにした．その結果，トルク計の購入が次年度にずれ込むことになり，その購入費用を次年度に繰り越す必要が生じた．なお，既にトルク計製造会社には連絡を取っており，見積だけでなく試運転のためにトルク計を借り受けることも含めて，既に手配済みであり，繰り越した予算はトルク計購入に充てられる予定である．
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