| 研究課題/領域番号 |
21K03862
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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 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
西部 光一 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (10707277)
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| 研究分担者 |
佐藤 光太郎 工学院大学, 工学部, 教授 (80252625)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 吸引流 / シンセティックジェット / ハイブリッドシンセティックジェット / 流体制御 / 非定常流 / 流体マニピュレータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では流体マニピュレータ開発の第一歩として，励起噴流の一種であるシンセティックジェット特有の時間特性（振動数）及び同ジェット間の干渉度合を調整することで，循環（負圧）領域の大きさを制御し，吸引領域を限定することによる吸引流方向制御技術の創成を目指す．主に実験（流れの可視化や速度・圧力測定）と数値解析の両面から，循環領域の大きさに及ぼすシンセティックジェットの振動特性・干渉度合の影響解明を試みる．
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| 研究実績の概要 |
本研究は流体マニピュレータ開発の第一歩として，吸引スロット近傍に設置した励起噴流の振動数および速度変動振幅を調整し，吸引領域を限定するジェットパーテーションを生成することによる吸引流の方向制御技術の創成を目指している．初年度には，吸引流量一定下において非対称スロットによって偏向したシンセティックジェット（以下，SJとする）を用いることで，連続噴流では難しかったジェットパーテーションの生成に成功し，その発達がSJのストローク（振動数）とノズル－被吸引壁面間距離（以下，壁面間距離とする）に依存することが明らかとなった．2年目である2022年度は，吸引流の方向制御技術の確立に向けて，吸引流量の大きさがジェットパーテーションの発達やジェットパーテーションによって囲まれる吸引領域（負圧となる領域）に及ぼす影響について調査した．また，予備解析結果から，より大きな吸引流量（吸引圧力）に対してもジェットパーテーションを生成可能であると予想される正味の時間平均流量が正であるハイブリッドSJによるジェットパーテーションの生成可否について主にPIV（Particle Image Velocimetry）解析と圧力計測を行い調査した．得られた主な成果を以下に示す．
[1] SJのストロークと壁面間距離の比が一定の場合，吸引流量の増加に伴い，ジェットパーテーションを形成する偏向SJの一部が吸引スロットに直接吸い込まれる流量が増加し，ジェットパーテーションを維持するための再循環領域が弱まり，最終的にパーテーションが消滅することが明らかとなった．また，同比が一定の場合に負圧となる吸引領域の大きさが最大となる流量が存在することが確認された．[2] ハイブリッドSJが非対称スロットによって偏向し，SJと同様にジェットパーテーションを生成可能であることが明らかとなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度に計画していた下記２点について概ね順調であるため．
「１．循環領域の大きさの制御」については系統的な調査は不足しているものの，PIV解析をはじめとする実験や数値解析によって定性的な知見が得られている．また，「２．吸引流の方向制御」については，当初予定していた偏向SJ間の振動位相差による制御が簡単でないことが予想されるが，その代わりに複数の偏向SJの投入タイミング差を用いた方向制御の可能性が実験によって確認されているため．
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| 今後の研究の推進方策 |
数値解析を先行して実施することで，効率的に実験による速度場・圧力場の計測を進める予定である．最終年度である2023年度は，本研究で創成する吸引流の方向制御技術を応用する際に重要である以下の２点に集中して研究を行う計画である．
<1> 吸引流の生成・発達過程に及ぼすSJの振動特性の影響
<2> 吸引流の偏向度とSJ(振動流)群間の振動数/速度差の関係
<1>については，これまでに定性的な知見が得られており，2023年度はSJのストロークと壁面間距離や吸引流量をパラメータとして系統的な実験・数値解析を実施し定量的な評価を行う予定である．<2>については吸引スロットの両サイドに設置したSJまたはハイブリッドSJの振動数・速度差を調整可能な実験装置はすでに完成しており，非対称なジェットパーテーションを生成することによる吸引流の偏向可能性を調査する計画である．
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