2015 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
26286073
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
琵琶 哲志 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50314034)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 熱音響自励振動 / 自己結合 / カオス-カオス同期 / 振動抑制（騒音抑制） / 気柱振動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
気柱管（気体を封入した剛体壁の中空の管）の一部を局所的に熱すると，内部の気柱が不安定になり，結果的に系の固有振動数の気柱振動が起こる．本研究ではとくに熱音響自励振動子を結合したときに起こる現象の探索を行っている．本年度の実績として自己結合による熱音響自励振動の抑制と結合熱音響カオス振動子系のカオス-カオス同期について述べる．
1. 自己結合による振動抑制
本年度は熱音響自励振動子を構成する共鳴管の2カ所を中空のチューブで結合することにより自己結合を実現して抑制効果を調べた．効率よく実験を進めるために，ガスタービンエンジン燃焼器で起こる自励振動メカニズムを模擬した実験系を作成し，系の2カ所を様々な長さの中空のチューブ1本で結合して系の安定性を振動のQ値を通して調べた．その結果，特定の長さのチューブで高い抑制効果が得られることを明らかにした．燃焼系で観測される望ましくない熱音響自励振動抑制に役立つ可能性がある．
2. カオス-カオス同期
本研究では共鳴管の一カ所につくる温度勾配の位置の調整と，共鳴管の断面積を一部分だけ小さくするという工夫により，系の大部分を室温に保ったまま熱音響カオス振動を実現した．さらに2つの熱音響カオス振動子の共鳴管の端同士をオリフィス（細孔）で接続することで相互作用を導入し，2つの振動子がカオス振動を維持したまま同期に至るカオス-カオス同期を実現した．小型の圧力トランスデューサーで測定した圧力波形に対して，その統計的性質を解析した結果，オンオフ間欠性を経て同期が実現することがわかった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
熱音響自励振動系の結合の問題の面白さは，系に空間的な自由度があることである．これまでの研究成果により，中空チューブは時間遅れ結合として作用することが分かってきた．その遅れ時間はチューブ長さLと気体の音速cを使ってL/cで与えられる．一方，結合強さはチューブ長さに依存して変化する．すなわち，周波数fと音速cで定まる特徴長さc/f（波長）の半分の長さの整数倍のときに結合強さが大きくなる．また，気柱振動の圧力変動の振幅が極大の位置（つまり流速振動振幅の極小の位置）で結合したときに，結合強さが大きくなった．しかも，このタイプ結合は共鳴管の側壁にチューブを追加することで比較的簡単に追加できる利点もある．時間遅れ結合に対して期待されている多様な現象を現実の系で検証するのに適したプラットフォームを提供できることが分かってきたことが学術成果である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
熱音響自励振動の抑制にとってチューブによる時間遅れ結合が効果的であることが分かってきた．より抑制効果の高いチューブの選定方法を明らかにすることは工学的にも価値がある．自励振動の振幅はエネルギー生成とエネルギー散逸のつり合いできまると考えると，チューブにより結合された系ではエネルギー生成を上回る散逸が起こるせいで振幅が減少し，やがて振動が停止することになる．もし振動が起きたとするとどの程度のエネルギー散逸が起こるのかを実験的に調べるために，自励振動系の装置パラメータを変更し，強制振動系でエネルギー散逸を計測することを検討したい．また熱音響カオス振動子の問題では，空間的な自由度に関して知見を深めたい．そのために気柱共鳴管に多数の圧力トランスデューサーを取り付け，気柱振動の時空間発展を決定することを計画している．
|
