| 研究課題/領域番号 |
19H02062
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
西田 浩之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60545945)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 電気流体現象 / 流体制御 / 大気圧放電 / プラズマアクチュエータ / 流体制御アクチュエータ / 大気圧放電プラズマ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラズマアクチュエータは，大気圧放電プラズマと大気の干渉により生じる電気流体力を流れの制御に応用する高い汎用性を持ったデバイスである．プラズマアクチュエータを多岐に渡る産業領域において実用化するため，必要な理論基盤を構築し集大成する．まず，プラズマと流体の連成シミュレーションモデルをパラメトリックな実験研究と連携することで，電気流体力生成を定量予測可能なレベルにまで洗練・拡張する．そして，電気流体力生成の物理メカニズムの全容を解明する．次に，その知見を基に電気流体力生成と電気的特性を簡便に再現可能な物理モデルを構築する．最後に，構築した物理モデルを基に設計と印加電圧のパラメータを最適化する．
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| 研究成果の概要 |
プラズマアクチュエータが生成する電気流体力場と加熱場の特性を明らかにし，モデル化することを目的とした研究を行った．プラズマのシミュレーションモデルを高度化し，空気の流動とカップリングすることで，実験結果を10%程度の精度で再現することに成功した．また，BOS法により表面近傍の密度場を精度よく計測するセッティング条件を見出し，PIVによる流れ場の計測，IRカメラによる表面温度計測結果と併せて考察することで，電気流体力場と加熱場が流れに与える影響を示した．最後に，速度場と密度場の計測結果を数値シミュレーションにデータ同化することで電気流体力場をガウス分布として推定する手法を開発した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究でプラズマアクチュエータが流れに作用するメカニズムの理解が進んだことにより，自動車や風車など，様々な流体機器へ適用していく応用研究を加速することができる．プラズマアクチュエータが実用化されれば，車両や航空機の抗力低減による燃費改善，風車の発電効率向上，放熱器のサイズ縮小など，さまざまな方面からの社会的なインパクトを期待できる．また，電気流体力現象の解明は，流体制御だけでなく気液界面プラズマなど，多方面において重要な知見である．
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