| 研究課題/領域番号 |
20K04916
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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24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
岡本 光司 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (70376507)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | テスラポンプ / マイクロポンプ / 流体粘性 / 流体工学 / ターボマシン / 航空宇宙工学 / テスラターボマシン / マイクロ流体機械 / 境界層 / レーザー流速計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体用小型テスラターボマシンの構築に向けて，特に小型化を念頭に置いた設計指針の検討とその実証に取り組む．
数値流体解析においては，これまで知見を重ねてきた気体用テスラターボマシンとの違いを明らかにしつつ，どのような設計パラメタ及び作動条件下で高効率を達成できるのかを議論する．また，ディフューザやスクロール部分の設計が，高効率化に向けて重要になると考えられることから，それらも含めたポンプ全体の設計指針を検討する．
一方，実験においては，数値流体解析の結果を元に実証機を試作し，数値流体解析で得られた知見の検証と，小型ポンプとしての実用性を示すことを目指す．
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| 研究成果の概要 |
液体用ポンプとしての利用を想定したテスラターボマシンの理論解析，CFD解析，実験を行った．最初にCFD解析と理論解析の結果を比較しつつ設計パラメタの検討を行い，ロータの設計指針を得た．次に，ポンプとしての効率改善を目的として，笠形ディスクのアイデアを新たに提案し，その設計指針と効率改善効果を検討した．その結果，特に高流量時に大きな効率改善が得られることを確認した．
さらに，得られた設計指針に基づいて実験装置を新たに製作した．実験の結果，装置全体で最大約22％の圧縮効率及び，PIVを用いたディフューザースクロール内部の2次元流速場可視化計測を達成した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
この研究成果によって，液体用テスラポンプのロータの最適設計指針，笠形ディスク導入による効率改善，損失低減のカギを握るディフューザースクロール内部の流速場の可視化を達成した．これにより，テスラポンプの先行研究で問題となっていた，実機の効率の低さを解決するための足掛かりが得られたと言え，これらの成果は今後，より高効率なテスラポンプの実現に向けて，非常に有用であると期待できる．
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