| 研究課題/領域番号 |
21K03885
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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 | 東京都立産業技術高等専門学校 |
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研究代表者 |
工藤 正樹 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (60634524)
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| 研究分担者 |
福永 修一 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (70402518)
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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 |
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)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 表面張力差対流 / 次元縮約モデル / 3次元粒子画像流速計測法 / モデル化誤差の低減 / 動的モード分解 / 拡張カルマンフィルタ / 次元縮約モデルの構築 / データ同化 / 3次元3成分流速分布の取得 / 振動マランゴニ対流 / 縮約モデル / 数値シミュレーション / 粒子画像流速計測法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単結晶材の高品位化と低コスト化が与える社会的な波及効果は極めて大きい．それは単結晶材が先端産業の基盤となる半導体，レーザ，LED，二次電池材等の原料であるうえ，近年IoTや省エネ化が加速し，より高品位の単結晶材の需要が増加しているためである．これに関して，高品位単結晶材の製造はゾーンメルト法が秀逸である．しかし，振動状態の温度差マランゴニ対流によって単結晶材に欠陥が生じるために歩留まりを高くできず，低コスト化が難しいという課題が残っている．振動マランゴニ対流の機構は未解明であり，有効な制御手法が確立されていない．そこで振動マランゴニ対流の大幅な抑制を目標として，制御用アルゴリズムを創る．
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| 研究成果の概要 |
高品位バルク単結晶材の製造法であるゾーンメルト法において，振動状態の温度差マランゴニ対流によって単結晶材に欠陥が生じるために歩留まりを高くできず，低コスト化が難しいという課題が残っている．そこで本研究では，振動マランゴニ対流を大幅に抑制できる制御手法を確立することを目標として次元縮約モデル（ROM)を開発した．
その結果，Galerkin-ROMの開発に成功した．またROMに用いる高精度かつ高データ量の流速および温度データを取得できた．さらにROMのモデル化誤差を低減した．最後にROMの構築法の１つである動的モード分解および流れ場の予測法の１つである拡張カルマンフィルタの改良に成功した．
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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，実物の振動マランゴニ対流を対象として高精度なフィードフォワード制御を実装するという点から，マランゴニ対流のみとどまらず，流体工学分野の発展に学術的に大きく貢献するものである．またゾーンメルト法の高度化により，高品位の単結晶が高い歩留まり率でできることになれば、工業的にも大きく貢献するものである．
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