2016 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of coupled thermoacoustic oscillators and their applications
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26286073
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
琵琶 哲志 東北大学, 工学研究科, 教授 (50314034)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 熱音響自励振動 / 振動抑制（騒音抑制） / 音響ダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱音響自励振動は，気体を封入した気柱管の一部に，しきい値を超える温度差を与えたときに生じる気柱の不安定振動を意味する．振動モードは気柱管の固有モードである．この熱音響自励振動は，自然界に普遍的に観測される基本的な熱流体現象である．燃焼機器の燃焼ダクトでひとたびこの現象が生じると機器の破壊につながることから燃焼工学分野ではその抑制は重要な技術課題である．一方で，この熱音響自励振動を積極的に応用したデバイス「音波エンジン」の開発も期待されている．本年度はこれまでの知見を活かし，燃焼系の熱音響自励振動の抑制と新たな熱音響デバイスである熱音響ダイオードの開発について述べる．
１．燃焼系の熱音響自励振動の抑制
気柱管の２カ所を，固有モードの波長のおよそ半分の長さの中空のチューブで接続すると振動抑制効果が高いことを昨年度までに見出した．今年度はその抑制メカニズムを振動のQ値の測定を通じて実験的に調べ，また簡単なモデル方程式をもとに数値的に検討した．その成果をもとに，気柱管内にブンゼンバーナーを挿入したときに発生する熱音響自励振動に対して抑制を試みたところ，たしかにチューブ接続により振動抑制可能なことを実証した．
２．熱音響ダイオードの開発
気柱管の温度差が生じる部分の流路径を細くして軸方向長さの短い細管流路束にすると，一様な太さの気柱管の場合に比べて熱音響自励振動が起こりやすくなる．そしてこの細管流路束を直列に配列するとより低い温度差で熱音響自励振動が起こる．この知見を活かし，気柱管の一端から進行波音波が通過するとき，温度勾配を上る方向には音波が透過するが，下る方向では音波は減衰するような非対称な音波伝搬を実現する熱音響ダイオードの開発を行った．またペルチエ素子を用いて温度差を作ることで，小型の熱音響ダイオードに発展できることを示した．
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