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複雑系数理の基礎理論を用いた燃焼振動の非線形ダイナミックスの解明とその新展開

研究課題

研究課題/領域番号 16H04284
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関東京理科大学

研究代表者

後藤田 浩  東京理科大学, 工学部機械工学科, 准教授 (00434712)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円)
キーワード燃焼工学 / 燃焼振動 / 非線形力学 / 複雑ネットワーク / 燃焼 / 熱工学 / 力学系理論 / 吹き消え / 記号力学 / 複雑系科学
研究成果の概要

本研究は,これまでの熱工学分野で取り入れられていない先進的な複雑系数理の基礎理論を用いて,燃焼振動の流体力学的構造の解明を行った. また,工学的・工業的に重要な燃焼振動の予兆検知法を提案した. 乱流ネットワーク内の強度の高い剥離渦の形成が,燃焼振動の非線形ダイナミックスに重要な役割を演じている. 水平可視グラフのモチーフと主成分分析を組み合わせた方法論は,燃焼振動の予兆検知を可能にする.

研究成果の学術的意義や社会的意義

燃焼振動が生じると,燃焼器の致命的な破損やライフサイクルの低下を引き起こす. そのため,燃焼振動の機構の基礎的解明や予兆検知技術の構築は発電用ガスタービンエンジンや航空エンジンなどの燃焼器開発において重要である. 本研究は,複雑系科学の理論とその数理技術を用いて,燃焼振動の時空構造の解明や新しい予兆検知法の提案を行ったものである. 本研究期間内に得られた研究成果は,学術的・社会的に意義が高い.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Imperial College London/Open University(United Kingdom)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] インペリアル カレッジ ロンドン(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Attenuation behavior of thermoacoustic combustion instability analyzed by complex-network- and synchronization-based approach2019

    • 著者名/発表者名
      Shogo Murayama and Hiroshi Gotoda
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatiotemporal dynamics and early detection of thermoacoustic combustion instability in a model rocket combustor2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Hashimoto, Hajime Shibuya, Hiroshi Gotoda, Yuya Ohmichi, and Shogo Matsuyama
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 号: 3 ページ: 032208-032208

    • DOI

      10.1103/physreve.99.032208

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of dynamic behavior of combustion noise, and detection of blowout in a laboratory-scale gas-turbine model combustor2019

    • 著者名/発表者名
      Shogo Murayama, Kentaro Kaku, Motoi Funatsu, and Hiroshi Gotoda
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 37 号: 4 ページ: 5271-5278

    • DOI

      10.1016/j.proci.2018.07.034

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization and detection of thermoacoustic combustion oscillations based on statistical complexity and complex-network theory2018

    • 著者名/発表者名
      Shogo Murayama, Hikaru Kinugawa, Isao T. Tokuda, and Hiroshi Gotoda
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 97 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreve.97.022223

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic behavior of combustion instability in a cylindrical combustor2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Kasuya, Hiroshi Gotoda, Seiji Yoshida, and Shigeru Tachibana
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 28 号: 3

    • DOI

      10.1063/1.5025480

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synchronization of two coupled turbulnet fires2018

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Takagi, Hiroshi Gotoda, Takaya Miyano, Shogo Murayama, and Isao T. Tokuda
    • 雑誌名

      Chaos

      巻: 28 号: 4

    • DOI

      10.1063/1.5009896

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of frequency-mode-shift during thermoacoustic combustion oscillations2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kobayashi, Hiroshi Gotoda, Shigeru Tachibana, and Seiji Yoshida
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 122 号: 22

    • DOI

      10.1063/1.5003912

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chaotic versus stochastic behavior in active-dissipative nonlinear systems2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda, Marc Pradas, and Serafim Kalliadasis
    • 雑誌名

      Physical Review Fluids

      巻: 2 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevfluids.2.124401

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Characterization of combustion dynamics, detection and prevention of an unstable combustion state based on a complex-network theory2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda, Hikaru Kinugawa, Ryosuke Tsujimoto, Shohei Domen, and Yuta Okuno
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 7 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.7.044027

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical Properties of Combustion Instability in a Laboratory-Scale Gas-Turbine Model Combustor2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda, Kenta Hayashi, Ryosuke Tsujimoto, Shohei Domen and Shigeru Tachibana
    • 雑誌名

      Journal of Engineering for Gas Turbines and Power -Transactions of ASME

      巻: 139 号: 4

    • DOI

      10.1115/1.4034700

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Chaotic dynamics of a swirling flame front instability generated by a change in gravitational orientation2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda, Hiroaki Kobayashi, and Kenta Hayashi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 95 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreve.95.022201

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 二次空気噴射制御による燃焼振動抑制過程の非線形ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      黒坂拓也, 村山聖悟, 後藤田浩
    • 学会等名
      日本機械学会 関東学生会第 58 回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 遷移ネットワークを用いた予混合ガスタービンモデル燃焼器で の燃焼不安定の検知及び回避2019

    • 著者名/発表者名
      増田晋河, 小林翼, 後藤田浩
    • 学会等名
      日本機械学会 関東学生会第 58 回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spatiotemporal dynamics of thermoacoustic combustion oscillations and early detection of lean blowout -Statistical complexity and complex networks2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda
    • 学会等名
      57th Symposium on Korea Society of Combustion
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization and detection of high-frequency combustion oscillations in a rocket model combustor2018

    • 著者名/発表者名
      Hajime Shibuya, Tasuya Hashimoto, Hiroshi Gotoda, Yuya Ohmichi, and Shingo Matsuyama
    • 学会等名
      71th Annual Meeting of the APS, Divison of Fluid Dynamics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of blowout in a laboratory-scale gas-turbine model combustor2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Kobayashi, Motoi Funatsu, and Hiroshi Gotoda
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Application 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic behavior of flow velocity fluctuations during high-frequency combustion oscillations in a cylindrical combustor with an off-center installed coaxial injector2018

    • 著者名/発表者名
      Tasuya Hashimoto, Hiroshi Gotoda, Yuya Ohmichi, and Shingo Matsuyama
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Application 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of dynamic behavior of combustion noise, and detection of blowout in a laboratory-scale gas-turbine model combustor2018

    • 著者名/発表者名
      Shogo Murayama, Kentaro Kaku, Motoi Funatsu, and Hiroshi Gotoda
    • 学会等名
      37th International symposium on Combustion
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 同軸インジェクタを偏心配置した円筒燃焼器内で発生する高周波燃焼振動の非線形ダイナミックス2018

    • 著者名/発表者名
      橋本達也, 後藤田浩, 大道勇哉, 松山 新吾
    • 学会等名
      第56回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 複雑ネットワークと機械学習を用いた希薄吹き消えの事前検知と回避2018

    • 著者名/発表者名
      小林翼, 後藤田浩
    • 学会等名
      第56回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 熱音響燃焼振動の非線形ダイナミックスの基礎的解明 -同期理論と複雑ネットワーク理論の導入-2018

    • 著者名/発表者名
      村山聖悟, 後藤田浩
    • 学会等名
      第56回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 複雑ネットワーク理論による燃焼不安定の流体力学的構造の解明2018

    • 著者名/発表者名
      村山聖悟, 賀来健太郎, 後藤田浩
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた燃焼振動の事前検知2018

    • 著者名/発表者名
      後藤田浩
    • 学会等名
      日本燃焼学会 産学連携事業「燃焼解析プラットフォームの研究開発」第1回活用技術研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ロケット燃焼器を模擬した常圧燃焼器における圧力変動と発熱率変動の相互干渉2018

    • 著者名/発表者名
      澁谷朔, 橋本達也, 後藤田浩, 大道勇哉, 松山新吾
    • 学会等名
      第55回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Characterization and detection of thermoacoustic combustion oscillations based on statistical complexity and complex Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda and Shogo Murayama
    • 学会等名
      US-Japan Workshop on Bridging Fluid Mechanics and Data Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Randomness of combustion instability in a laboratory-scale gas-turbine model combustor2017

    • 著者名/発表者名
      Shogo Murayama, Kentaro Kaku, and Hiroshi Gotoda
    • 学会等名
      8th European Combustion Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear analysis on dynamical motion of combustion instability in a laboratory-scale gasturbine model combustor2017

    • 著者名/発表者名
      Yuto Hayashi, Motoi Funatsu, Hiroaki Kobayashi, and Hiroshi Gotoda
    • 学会等名
      8th European Combustion Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複雑ネットワークに基づく熱音響燃焼振動の特徴化2017

    • 著者名/発表者名
      村山 聖悟, 賀来 健太郎, 後藤田 浩
    • 学会等名
      第55回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 熱音響燃焼振動のネットワーク構造の基礎的解明2017

    • 著者名/発表者名
      賀来 健太郎, 村山 聖悟, 後藤田 浩
    • 学会等名
      第55回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 熱音響燃焼振動の非線形ダイナミクスの特徴化2017

    • 著者名/発表者名
      村山 聖悟, 後藤田 浩
    • 学会等名
      第64回理論応用力学講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ガスタービンモデル燃焼器で発生する熱音響燃焼振動のダイナミックス2017

    • 著者名/発表者名
      村山 聖悟, 賀来 健太郎, 後藤田 浩
    • 学会等名
      第54回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A nonlinear dynamical system for combustion instability in a pulse model combustor2016

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Takagi and Hiroshi Gotoda
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the APS, Divison of Fluid Dynamics
    • 発表場所
      アメリカ
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical properties of combustion instability in a gas-turbine model combustor2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Gotoda, Kenta Hayashi, Ryosuke Tsujimoto, Shohei Domen and Shigeru Tachibana
    • 学会等名
      Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition
    • 発表場所
      韓国
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱工学系の非線形力学2016

    • 著者名/発表者名
      後藤田 浩
    • 学会等名
      慶應義塾大学大学院 環境エネルギー科学特論第1
    • 発表場所
      神奈川
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 東京理科大学 工学部 機械工学科 後藤田浩

    • URL

      https://www.tus.ac.jp/ridai/doc/ji/RIJIA01Detail.php?act=nam&kin=ken&hp=1&diu=6b4f

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 後藤田研究室

    • URL

      http://www.rs.tus.ac.jp/gotodalab/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] ガスタービンの異常状態検知装置, 及び異常状態検知方法2016

    • 発明者名
      後藤田 浩, 白神 洋輔, 他7名
    • 権利者名
      後藤田 浩, 白神 洋輔, 他7名
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016-11-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-01-31  

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