| 研究課題/領域番号 |
22KF0117
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| 補助金の研究課題番号 |
22F22369 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 外国 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
長谷川 洋介 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30396783)
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| 研究分担者 |
LIU MING 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2024年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 200千円 (直接経費: 200千円)
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| キーワード | ふく射 / 共役熱伝達 / 形状最適化 / 太陽集熱器 / ふく射-熱伝達-熱伝導連成解析 / 境界埋め込み法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽集熱器多孔質内部の流れ場、温度場、ふく射の連成解析のためのコード開発を行い、デカルト座標系に複雑形状を埋め込み、統一的なコードを用いて上記の複雑熱流動現象のシミュレーションコードを開発する。開発されたコードをベースに随伴解析に基づく形状最適化のためのアルゴリズムを開発し、第一段階として、圧力損失を抑えつつ、伝熱を最大化する形状最適化を行う。次に、開発されたコードをふく射伝熱へと発展させ、多孔質内部の固体内熱伝導、対流熱伝達、ふく射までを考慮した上で、形状最適化を行うコードの開発を行う。最終的には得られた最適構造を試作し、新潟大学と協働してその集熱性能を実証する。
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| 研究実績の概要 |
レベルセット法により任意の3次元形状を表現し、その周囲のふく射伝熱を離散方位法により解くとともに、ふく射を制御するための形状最適化アルゴリズムを導出し、その有効性を示した。また、ふく射と熱伝導が連成した伝熱問題について、デカルト座標系において任意の固体形状を考慮した統一的ソルバーを開発し、これに随伴解析コードを組み合わせることで、連成問題における形状最適化を行うためのアルゴリズムの導出、コード開発、そして検証までを完了した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初は、熱伝導と対流熱伝達までを考慮した最適化アルゴリズムを開発予定であったが、それらに加えて、ふく射までを考慮した形状最適化アルゴリズムが完成しているため、当初予定していたもの以上の成果が得られていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、開発したコードの更なる検証を進めるとともに、現実の太陽熱レシーバーと同様の運転条件において、固体内熱伝導、流体領域における対流熱伝達、ふく射伝熱の連成を考慮した上で、多孔質形状の最適化を実施する。また、ふく射伝熱の制御においては、形状のみならず射出率の空間分布を最適化することによって性能向上が期待できる。そこで、与えられた形状における射出率の空間分布の最適化のためのアルゴリズムの開発とその検証も進める。
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