2021 Fiscal Year Research-status Report

Jet flow control by interlocking drive of circular nozzle and circular bluff body with DBD-PA

Research Project

Project/Area Number	21K14079
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	秋元雅翔日本大学, 理工学部, 助教 (30778741)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	噴流 / 浮き上がり火炎 / DBDプラズマアクチュエータ
Outline of Annual Research Achievements	まずはDBD-PAを備えた円形ブラフボディを製作した．当初，円形ブラフボディはマシナブルセラミックスで製作を試みたが，取り扱いや組み立てが難しく，樹脂製で製作した．噴流の気体は空気とした．マシナブルセラミックス製円形ノズルと樹脂製円形ブラフボディに，各々DBD-PAを設置して噴流制御の研究を実施した．その結果，Re=2000の噴流で制御が可能であった．制御手法はマシナブルセラミックス製円形ノズルのDBD-PA（DBD-PA1とする）を駆動して噴流に発生する渦を制御して発生させた後に，DBD-PA1と位相差を付けて樹脂製円形ブラフボディのDBD-PA（DBD-PA2）を駆動する．そしてDBD-PA1とDBD-PA2を駆動する位相差を変更することで，ブラフボディ下流の噴流の発達過程が異なることが判明した． DBD-PA1を駆動して発生した渦が円形ブラフボディに到達するタイミングから，多少時間を遅らせたタイミングでDBD-PA2を駆動することで，ブラフボディ下流の噴流の噴流幅が広くなることが明らかになった．ブラフボディ近傍から発生する渦がDBD-PA1で発生した渦と合体することで渦が崩壊し，ブラフボディ下流の循環流に噴流が巻き込まれて噴流が曲がり，噴流幅が狭くなる．しかし，DBD-PA1を駆動して発生した渦が円形ブラフボディに到達するタイミングから，多少時間を遅らせたタイミングでDBD-PA2を駆動することで，ブラフボディ近傍でDBD-PA1で発生した渦がDBD-PA2の誘起流れで加速された噴流を巻き込んで，渦が崩壊せずに発達する．そして，渦が循環流に噴流が巻き込まれることなく，噴流幅が拡大する．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason DBD-PAを備えた円形ブラフボディの製作が難航したため，噴流制御実験の開始が当初よりも遅れた． DBD-PAを備えた円形ブラフボディは高電圧を印加出来るマシナブルセラミックスで製作を試みたが，割れや破損が生じたために樹脂製で製作を行った．樹脂製は取り扱いが容易というメリットがあるが，DBD-PAの出力が低いというデメリットも存在する．今後は出力の向上のためにマシナブルセラミックス製の円形ブラフボディの製作を再度行う．
Strategy for Future Research Activity	マシナブルセラミックス製のDBD-PAを備えた円形ブラフボディを製作して，DBD-PAの出力向上を行う．そしてRe=2000よりも高いレイノルズ数の噴流制御を試みる．また耐火性のあるマシラブルセラミックス製のDBD-PAによって燃焼場（浮き上がり火炎）での制御も試みる．燃焼場でも使用可能な接着剤を選定して，製作を行う．燃焼場ではDBD-PAによる流体制御の効果と共に，プラズマでの化学活性種の生成の効果によって燃焼が促進することも期待できる．そのため燃焼場で動作可能なDBD-PAを製作して浮き上がり火炎を制御することで，空気噴流よりも制御効果が期待できる．
Causes of Carryover	購入したダブルパルスレーザー（FireFly 100 小型ハイスピードパルス照明装置 1式）が当初の計画よりも安く購入出来たため，次年度使用額が生じた．この次年度使用額は翌年度分として請求した助成金と合わせて，燃焼場で駆動できるDBD-PAの製作費に充てる．