| 研究課題/領域番号 |
20K04272
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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 | 北九州市立大学 |
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研究代表者 |
宮里 義昭 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (30253537)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 超音速流れ / 衝撃波 / 超音速噴流 / 流れの可視化計測 / レインボーシュリーレン偏向法 / レインボーシュリーレン / 密度測定 / マイクロジェット / 光学的可視化計測 / 非対称ノズル / 密度計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超音速マイクロジェットは，航空宇宙分野ではジェットエンジンからの排気騒音の低減，医療分野では肺への酸素供給としての利用が期待されており，数多くの研究が行われている．一般に，ノズル出口から音速を超える流れが流出する場合には，流れ場の内部に衝撃波が現れ，衝撃波と自由せん断層との干渉により流れ場は非常に複雑となる．また，超音速マイクロジェットでは，ノズル内部の流れの粘性がジェットの構造に強く影響を及ぼすことが予想できるが，それについてはほとんどわかっていない．本研究では，実験と計算の両方から超音速マイクロジェットの定常および非定常の３次元構造を解明する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，円形および矩形断面をもつ先細ノズルからの超音速マイクロジェットの３次元構造をレインボーシュリーレン偏向法を用いた実験と数値シミュレーションによって調べた．その結果，円形および矩形ノズルからのマイクロジェットに関して，ショックセル長さ，超音速長さ，噴流内の最大マッハ数とその流れ方向の位置，マッハディスクの発生位置をノズル圧力比の関数として明らかにした．また，不足膨張状態の円形および矩形先細ノズルからの超音速マイクロジェットの流れ場は，スパイラルモードの非定常特性を示すことが分かった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現時点において、円形および矩形超音速マイクロジェットの３次元密度場の取得に成功した研究報告は、国内および国外においても全くない。しかし、本申請者が開発した装置では、各種の断面形状をもつノズルからの超音速マイクロジェットに対して、高空間分解能で３次元の密度場を取得することが可能である。本研究の成果は次世代航空機用スクラムジェットエンジンの燃料噴射ノズルの効率化や他分野（冶金工学，農工業など）への波及を通じて，流体工学の発展と応用に貢献することが期待できる．
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