| 研究課題/領域番号 |
19K03651
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
泉田 勇輝 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (70648815)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 低温度差スターリングエンジン / 力学系 / 線形応答理論 / 分岐現象 / 熱効率 / 仕事率 / 非平衡熱力学 / Onsager係数 / 同期現象 / スターリングエンジン / 非準静的応答係数 / 散逸 / 分岐 / 線形不可逆熱力学 / 非線形動力学 / 非平衡熱統計力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
人の体温と室温の間のわずかな温度差で動く低温度差スターリングエンジンの力学系モデルは、エンジンを温度差によって駆動される非線形振り子として記述する。本モデルの運動方程式の解析からエンジンが回転を開始する分岐点（温度差）の近似式を求め、より低温度差で回転が可能となる条件を明らかにする。また、シミュレーション・線形応答理論によって力学系モデルをミクロな観点から基礎づける。これによりわずかな温度差から運動が自律的に生じる物理原理を解明し、力学系・非平衡物理学の発想に基づく新しい低温度差スターリングエンジン技術を創出する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、非線形動力学と線形応答理論を用いて低温度差スターリングエンジンの物理学を発展させた。特に、エンジンの熱力学振り子モデルから予測されたわずかな温度差から自律的な運動が生じる分岐メカニズムを実験的に実証した。また、線形応答理論によってエンジンの最大熱効率と最大仕事率時の熱効率を定式化し、これらを特徴づける性能指数を決定した。これらの成果は低温度差スターリングエンジンの理解と技術に貢献すると期待される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
低温度差スターリングエンジンはわずかな温度差から仕事を取り出す自律熱機関であり、持続可能社会に貢献する可能性を秘めた熱技術として知られる。本研究では特に、低温度差スターリングエンジンの運動メカニズムを力学系の解の分岐現象として予測した先行研究の結果を実験的に実証した。また最大熱効率・最大仕事率時の熱効率を定式化し、エンジンの機能とその原理的限界を定量化した。原理的・応用的な可能性を持つこれらの成果は、今後の低温度差スターリングエンジン技術に資する学術的・社会的意義を持つものであると考えられる。
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