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衝撃波閉じ込め領域の制御に向けた壁面表面設計

研究課題

研究課題/領域番号 19K04182
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関奈良工業高等専門学校

研究代表者

福岡 寛  奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40582648)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード圧縮性流体 / 超音速噴流 / 衝撃波 / 反射衝撃波 / 収束現象 / 閉じ込め / 可視化 / 3D数値解析 / 数値解析 / BOS法 / 反射制御 / 壁面形状
研究開始時の研究の概要

本研究では,工業,新エネルギー,材料開発で重要な課題である,衝撃波の多重閉じ込め現象を制御する壁面表面形状の設計指針の獲得と、その実験的実証を行う.噴流誘起衝撃波の壁面-噴流先頭間反射による多重閉じ込め現象を,時間分解観測することで,衝突平板壁面の形状と閉じ込めの効率の関係を明らかにし,圧縮性流体のシミュレーションにより閉じ込めが起こる条件での圧力・密度・速度を調べ,閉じ込めに必要な物理条件を明らかにする.その結果に基づいて,壁面-噴流間の反射による多重閉じ込め現象を制御する壁面形状を実際に設計・製作し,表面形状設計の効果を実証する.

研究成果の概要

本研究では、工業、新エネルギー、材料開発で重要な課題である、衝撃波の多重閉じ込め現象を制御する壁面表面形状の設計指針の獲得と、その実験的実証を行った。閉じ込めに必要な物理条件を明らかにするために,衝撃波の物理条件を変えることができると考えられる凹型形状の反射板を用いた測定実験を行った結果,実験的に衝撃波の収束位置と噴流の位置関係が明らかになった.これは,様々な強さの衝撃波を噴流に衝突させることができることを示しており,今後,形状設計する上で重要になる.さらに,衝撃波の噴流による反射は、定性的には音響インピーダンスで整理できる可能性を見出すことが出来た.

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで衝撃波が壁面で反射する現象についての基礎的研究は行われてきたが,噴流との反射に関してはほとんど存在なかった.本研究では,噴流と様々な衝撃波を衝突させることで,反射の過程を明らかにした.その結果,噴流および衝撃波が衝突する直前の物理的状態が,衝撃波の反射に大きく影響し,衝撃波および噴流の制御が閉じ込めの指針になることを示した.

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Improvement of Background Oriented Schlieren Method Focused on Amplitude of Wavelet Transform2020

    • 著者名/発表者名
      Miyaoku Koki, Fukuoka Hiroshi, Nakamura Shigeto, Yao Masanori, Hiro Kazuki
    • 雑誌名

      IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

      巻: Vol. 886, Num. 012037 号: 1 ページ: 012037-012037

    • DOI

      10.1088/1757-899x/886/1/012037

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 小容積衝撃波管から放出された噴流誘起衝撃波および噴流の衝突過程の観測2023

    • 著者名/発表者名
      出山敬太郎,福岡寛,中村篤人,廣和樹,矢尾匡永
    • 学会等名
      2023年度日本設計工学会関西支部研究発表講演会,2024.3.2,奈良工業高等専門学校
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 対向壁を有する反射衝撃波の閉じ込め現象に関する数値解析2023

    • 著者名/発表者名
      坂倉 哲史, 福岡 寛, 須田 敦, 矢尾 匡永
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2023 年度学生員卒業研究発表講演会前刷集, 07PM1-4 ,(2024.3.14,大阪工業大学)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] W-BOS法に超解像技術を用いた空間解像度の向上2023

    • 著者名/発表者名
      前田 和輝, 福岡 寛, 須田 敦, 矢尾 匡永
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2023 年度学生員卒業研究発表講演会前刷集, 07PM1-3 ,(2024.3.14,大阪工業大学)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] W-BOS法を用いた小容積衝撃波管より流出する超音速流れの可視化2023

    • 著者名/発表者名
      松川航大,福岡寛,中村篤人,須田敦
    • 学会等名
      2022年度衝撃波シンポジウム講演論文集,1A3-2,(2023.3.8-10,産業技術総合研究所)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 収束衝撃波および超音速噴流の可視化実験について2023

    • 著者名/発表者名
      庄野 晴人,福岡 寛,須田 敦,矢尾 匡永
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2022 年度学生員卒業研究発表講演会前刷集,11033,(2023.3.15,京都工芸繊維大学)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of Exit Diameter of Elliptical Cell attached to Small Shock Tube on Shock Wave-Induced Vortex Ring and Unsteady Jet2022

    • 著者名/発表者名
      Bomura Ryu, Fukuoka Hiroshi, Suda Atsushi, Kuniyoshi Nao, Yaga Minoru, Ueno Eri, Takiya Toshio and Fukuda Naoaki
    • 学会等名
      The 12th TSME International Conference on Mechanical Engineering, 15 December 2022, Phuket, Thailand.
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Observation of Collision Process between Converging Shock Wave and Supersonic Jet2022

    • 著者名/発表者名
      Keitaro Deyama, Hiroshi Fukuoka, Atsushi Suda, and Shigeto Nakamura
    • 学会等名
      9th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science(AJWTF2022), 4058, (2022.11.27-30, MYSTAYS Utsunomiya, Japan)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小容積衝撃波管を用いた衝撃波閉じ込め現象に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      出山 敬太郎、福岡 寛、須田 敦、松川 航大
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2021年度学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Study of Shock Wave Confinement Phenomenon Using Small Chamber Shock Tube2021

    • 著者名/発表者名
      Matsukawa Kota, Fukuoka Hiroshi, Nakamura Shigeto, Suda Atsushi
    • 学会等名
      Proceedings of the 32th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP32)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STUDY ON SHOCK WAVE CONFINEMENT USING SMALL HIGH-PRESSURE CHAMBER SHOCK TUBE2020

    • 著者名/発表者名
      MIYAOKU Koki, FUKUOKA Hiroshi, NAKAMURA Shigeto, ENOKI Shinichi,HIRO Kazuki and YAO Masanori
    • 学会等名
      31th International Symposium on Transport Phenomena
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小容積衝撃波管を用いた超音速噴流および収束衝撃波の干渉2020

    • 著者名/発表者名
      宮奥晃希,福岡寛,中村篤人,榎真一,廣瀬裕介,廣和樹,矢尾匡永
    • 学会等名
      2020年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高圧小容積衝撃波管を用いた衝撃波閉じ込め現象の解明2020

    • 著者名/発表者名
      松川 航大,宮奥 晃希,福岡 寛,矢尾 匡永,須田 敦,中村 篤人
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2020年度学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高圧小容積の衝撃波管から噴出する超音速噴流および反射衝撃波の干渉に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      宮奥晃希,福岡寛,中村篤人,榎真一,太田匡則,廣瀬裕介,廣和樹,矢尾匡永
    • 学会等名
      2019年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Improvement of Background Oriented Schlieren Method Focused on Amplitude of Wavelet Transform2019

    • 著者名/発表者名
      Miyaoku Koki, Fukuoka Hiroshi, Nakamura Shigeto, Yao Masanori and Hiro Kazuki
    • 学会等名
      The 10th TSME International Conference on Mechanical Engineering
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of Interference between Supersonic Jet and Reflected Shock Wave Ejected from Small High-Pressure Chamber Shock Tube2019

    • 著者名/発表者名
      Miyaoku Koki, Fukuoka Hiroshi
    • 学会等名
      Yellow Sea Rim Workshop on Explosion, Combustion and Other Energetic Phenomena for Various Environmental Issues: YSR2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2025-01-30  

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