| 研究課題/領域番号 |
20K04290
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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 |
仲尾 晋一郎 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (40331029)
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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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
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: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 超音速噴流 / 圧縮性 / 衝撃波 / 密度定量化 / 光学的可視化 / 干渉計 / 噴流 / 定量化 / 可視化 / 光学 / ジェット / 密度の定量化 / トワイマン・グリーン干渉計 / マッハ・ツェンダー干渉計 / 3次元 / レインボーシュリーレン法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超小形ノズルを利用する様々な機器の飛躍的な性能向上のため，小さい流れに適用可能なセンシング技術の開発が急務となっている．本研究では超小形ノズルからの超音速噴流の三次元密度場を光学的かつ定量的に可視化する計測法の確立を目指す．
本手法が確立されれば，複雑な超音速流れの特性を非接触・三次元的に高分解能で定量化することが可能となる．簡単に言えば，流れ場の写真を撮影し，画像処理するだけで，複雑な超音速の流れ場の任意の位置における密度値が分かるようになる． その結果，超小形ノズルの形状およびその動作条件の最適化が可能となり，超小形ノズルを利用する様々な機器の飛躍的な高性能化・高効率化が図れる．
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| 研究成果の概要 |
超小形矩形ノズルからの不足膨張噴流において，衝撃波の詳細な構造が定量的に明らかにした．噴流の中心軸に対して垂直な断面における密度場の形状は，ノズル出口から下流方向に向かうにつれて正方形からひし形に変化し，再び正方形へと変化するアクシススイッチング現象を生じる．その現象は噴流境界に発達するせん断層内部の渦構造ではなく，膨張波によって誘起される．
2次元的な矩形先細ノズルでは，出口近傍の最初のショックセル内の膨張と圧縮の領域は，ジェットの外側の境界を除いて二次元の構造を示しているが，それ以降の下流のショックセルでは三次元の流れの特徴を示し，セル内の膨張領域のx方向の長さは下流ほど小さくなる．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では複雑な超音速流れの特性を非接触・三次元的に高分解能で定量化することが目的である．簡単に言えば，流れ場を乱す計測器等を使用せず，流れ場の写真を撮影し画像処理するだけで，複雑な超音速の流れ場の任意の位置における密度値得るという事である．軸対称の円形ノズルからの超音速噴流を可視化計測してきたが，本研究では軸対称ではない1辺が1mm以下の超小形矩形ノズルからの超音速噴流を非常に高い分解能で可視化計測を行った．軸対称ではない形状を正確に計測できるようなったことで，騒音低減効果の高いノズルや混合効果の高いノズルとして期待される，特殊形状のノズルの開発への応用が期待できる．
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