| 研究課題/領域番号 |
19K04176
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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19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
中 吉嗣 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (10723421)
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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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 乱流 / 乱流計測 / 乱流制御 / 乱流の直接数値シミュレーション / 超音波音響流 / 超音波フェーズドアレイ / マイクアレイ / 壁面圧力変動 / 乱流構造 / 壁乱流 / 圧力変動 / センサアレイ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，高密度マイクアレイを用いて乱流変動圧力場を高空間解像度で時系列測定する手法を乱流制御に応用する。乱流中の圧力変動は乱流構造の大域的な情報を含むという性質を利用して，壁面に設置したセンサの計測情報から，制御対象となる壁面から離れた位置にある乱流構造を推定する方法を確立する。乱流制御用のアクチュエータとして新たに集束超音波音響流を原理とする超音波トランスデューサアレイを提案する。トランスデューサアレイの出力位相制御により集束超音波を生成し，従来よりも格段に強い音響流を発生させ，これを乱流制御に利用する。これらを統合する乱流アクティブ・閉ループ制御系を新たに構築する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では下記の３点について研究を実施し成果を得た。①高密度マイクロフォンアレイによる壁面圧力変動場の測定手法の開発、②流れ制御用超音波音響流アクチュエータの開発、③直接数値計算（DNS）データベースを用いた壁面圧力変動と乱流構造の関係解明。①について曲面に適用可能なフレキシブルマイクアレイ、圧力の空間勾配場を評価可能な60ch 2列マイクアレイを開発した。②について多数の超音波トランスデューサを位相制御して形成される強い音圧場によって生ずる超音波音響流を実現した。③について壁乱流のDNSデータベースにクラスタリング解析を適用し、強い壁面圧力変動に対応する代表的な乱流構造を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発したマイクロフォンアレイによって乱流場の情報を壁面で計測可能な新たな手法の構築が進められた。超音波音響流アクチュエータについて、ハプティクス分野で開発・発展しているフェーズドアレイ集束超音波技術を流れの制御に応用する異分野融合の試みであり、今後さらなる発展が期待される。DNSデータベースを用いた壁面圧力変動と乱流構造の関係解明について、学術的に新たな視点としてクラスター解析を適用している。
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