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2022 Fiscal Year Annual Research Report

機能性分子センサを用いた低レイノルズ数における非定常干渉流れの解明

Research Project

Project/Area Number 21J20324
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

笠井 美玖  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2024-03-31
Keywords圧縮性流れ / 低Reynolds数 / 直列二角柱 / 流れの可視化 / 感圧塗料 / 臨界間隔 / 干渉流れ
Outline of Annual Research Achievements

本課題は,希薄大気中で高速で運用する輸送機械の設計指針の提案を目指し,実験的研究によって圧縮性低レイノルズ数における物体間の非定常干渉流れの解明に挑戦する.二年目は,所属研究室が所有する風洞試験において圧縮性低レイノルズ数における物体間の非定常干渉流れの解明を行った.所属研究室が所有する低圧環境風洞において2つの正方形角柱まわりの非定常干渉流れの実験を行った.ここでは,密度勾配場計測,感圧塗料を用いた定常圧力場計測,そして令和3年度までに確立した非定常圧力場計測を実施した.そして,Re=2000の条件において無次元距離0.5-4.5およびマッハ数0.1-0.7における直列に並んだ2つの角柱周りでは,定常圧力場計測による圧力勾配およびよどみ点との圧力差から流れ場を5種類に分類でき,流れ場が圧縮性により劇的に変化することを明らかにした.また,非定常圧力計測では2kPaの低圧で4kHzほどの高周波数の現象を捉えることに成功した.これらの研究結果に関連し,原著論文4報,学会発表3回,および受賞を1回した.
今後はこれらの流れ場の変化と令和3年度に取得した空気力計測結果,さらには取得した流れ場同士での関係性を調査する予定である.さらには令和4年度末からメリーランド大学に渡航し,低レイノルズ数における2つの角柱まわりの速度場計測実験および非定常空気力計測の準備に取り掛かった.令和5年度においては,メリーランド大学では曳航水槽装置を用いて実験する予定である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

3年目に予定していた,様々な風洞実験による流れ場の評価を2年目までにおおよそ終えることができ,実験結果はおおよそ揃ったといえる.一方で,2年目に予定していたメリーランド大学への渡航はコロナ禍など世界情勢を鑑みて渡航を延期し,3年目に渡航することになった.

Strategy for Future Research Activity

本年度は,得られた昨年度までに得られた実験結果から流体現象を抽出するための解析および,メリーランド大学における曳航水槽を用いて速度場計測および非定常抗力計測を実施する.4月から7月下旬まではアメリカのメリーランド大学において速度場および定常力計測実験およびその結果の議論をする.この期間の研究では申請者が主体的に実験を企画,実施および解析をする.実験に必要な装置,材料などを申請者自らの予算で支払う.得られた実験結果をもとに申請者が主著,メリーランド大学における指導教員であるAnya R. Jones教授およびメリーランド大学の博士学生に共著に入っていただき国際共著論文の出版を目指す.また,5月には東北大学で得られた実験結果を新たに解析した結果を国際学会で発表し,6月にはそれらの結果をNASA Amesの研究所の方々と議論する予定であり,これらの航空券,移動費,日当なども申請者の研究費で支払う.帰国後の8月の国内学会では非定常PSP計測の解析結果を発表する予定である.以降は,参考文献や解析結果を保存する用のハードディスクなどを適宜購入し,博士論文および原著論文を執筆する.これらの論文執筆における英文校正費用なども研究費から支払予定である.

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] メリーランド大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      メリーランド大学
  • [Journal Article] Sound-source distribution in the bogie section of a train determined by simultaneous measurement by pressure-sensitive paint and a microphone2023

    • Author(s)
      Matsui Akitoshi、Kasai Miku、Sugioka Yosuke、Asai Keisuke、Nonomura Taku
    • Journal Title

      Experimental Thermal and Fluid Science

      Volume: 145 Pages: 110885~110885

    • DOI

      10.1016/j.expthermflusci.2023.110885

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A platinum-based fast-response pressure-sensitive paint containing hydrophobic titanium dioxide2023

    • Author(s)
      Kasai Miku、Suzuki Aritoshi、Egami Yasuhiro、Nonomura Taku、Asai Keisuke
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A: Physical

      Volume: 350 Pages: 114140~114140

    • DOI

      10.1016/j.sna.2022.114140

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optimal gate selection method for simultaneous lifetime-based measurement of PSP and TSP2022

    • Author(s)
      Kasai Miku、Nagata Takayuki、Nonomura Taku、Saito Yuji、Asai Keisuke
    • Journal Title

      Measurement Science and Technology

      Volume: 33 Pages: 095203~095203

    • DOI

      10.1088/1361-6501/ac769b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Visualization of Pressure and Skin-Friction Fields on Rotating Blade Under Low-Pressure Conditions2022

    • Author(s)
      Nagata Takayuki、Sato Hitomi、Okochi Masaki、Matsuyama Takafumi、Sugioka Yosuke、Kasai Miku、Kusama Kensuke、Numata Daiju、Nonomura Taku、Asai Keisuke
    • Journal Title

      AIAA Journal

      Volume: 60 Pages: 5422~5435

    • DOI

      10.2514/1.J061638

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 低圧環境下におけるPoly(TMSP)を用いた感圧塗料による 直列二角柱上の圧力計測2022

    • Author(s)
      笠井美玖,永田貴之,小澤雄太,浅井圭介,野々村拓
    • Organizer
      第18回学際領域における分子イメージングフォーラム
  • [Presentation] 実験的研究に基づくレイノルズ数O(10^3)における直列2角柱の臨界間隔に対する圧縮性効果の解明2022

    • Author(s)
      笠井美玖,永田貴之,小澤雄太,浅井圭介,野々村拓
    • Organizer
      日本流体力学会年会 2022
  • [Presentation] Evaluation of polymer/ceramic PSP and its application to unsteady pressure measurement in a low-pressure environment2022

    • Author(s)
      Kasai, M., Nagata, T., Ozawa, Y., Asai, K., Nonomura, T.
    • Organizer
      8th German-Japanese Joint online Seminar
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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