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機能性分子センサを用いた低レイノルズ数における非定常干渉流れの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0170
補助金の研究課題番号 21J20324 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関東北大学

研究代表者

笠井 美玖  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード圧縮性低レイノルズ数 / 感圧塗料 / 直列二角柱 / 密度勾配場計測 / 圧縮性流れ / 低Reynolds数 / 流れの可視化 / 臨界間隔 / 干渉流れ / 気柱音響共鳴管
研究開始時の研究の概要

本年度は,得られた昨年度までに得られた実験結果から流体現象を抽出するための解析および,メリーランド大学における曳航水槽を用いて速度場計測および非定常抗力計測を実施する.解析ではこれまで構築してきたワークステーションを用いてモード分解や周波数解析による時間的・空間的な特徴量の抽出を目指す.メリーランド大学の実験では,東北大学で実施した試験に用いた模型と相似な模型を用いて,同じ試験条件における詳細な空気力計測および速度場計測の同時計測を試みる予定である.これらの結果から,圧縮性低レイノルズ数における複数物体間の干渉流れについて詳細にその特性を明らかにする.

研究実績の概要

本課題では,希薄大気中において高速で運用する輸送機械の設計指針の提案を目指し,実験的研究によって圧縮性低レイノルズ数における物体間の非定常干渉流れの解明に挑戦した.三年目は,令和5年の4月から8月までメリーランド大学のAnya R. Jones教授が主催する研究室に滞在し,メリーランド大学に設置された曳航水槽装置を用いて,直列に並んだ2つの正方形角柱まわりの速度場計測および非定常抗力を評価した.この実験では,レイノルズ数1000から8000までの条件において,主流に対して直列に並んだ2つの正方形角柱間の無次元距離を0.5から4.5まで変えた際の非定常抗力および非定常速度場を,それぞれ,6軸力・トルクセンサと粒子画像流速測定法(PIV)によって計測した.
そして,二年目までに得られた,距離を変えた際の直列二角柱まわりの流れ場の様相の変化と空気力計測結果の関係性について考察した.さらに,過去研究で調査されてきた非圧縮条件における直列二角柱周りの,臨界間隔とレイノルズ数の関係と比較しまとめた.これまで,レイノルズ数2000周りにおいて,流れ場が不連続に変化する間隔である臨界間隔が,レイノルズ数の低下に伴い急激に短縮することが示唆されていた.本研究では,2つの正方形角柱まわり流れではレイノルズ数の低下と同様に,マッハ数の増加により臨界間隔が急激に短縮することを明らかにした.
これらの研究結果に関連し,原著論文を2報出版し,国際学会で1回発表をした.

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] メリーランド大学(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] NASA/インペリアル・カレッジ・ロンドン(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] メリーランド大学(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Indexes for evaluation of dynamic characteristics of pressure-sensitive paint based on pressure sensitivity and frequency response2024

    • 著者名/発表者名
      Kasai Miku、Nagata Takayuki、Nonomura Taku
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 35 号: 6 ページ: 065101-065101

    • DOI

      10.1088/1361-6501/ad2b41

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Base pressure fluctuations on levitated freestream-aligned circular cylinder2024

    • 著者名/発表者名
      Yokota Sho、Nagata Takayuki、Kasai Miku、Oka Yoshinori、Nonomura Taku
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 36 号: 1 ページ: 015112-015112

    • DOI

      10.1063/5.0179847

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of characteristics of fast-response pressure-sensitive paint under low-pressure conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Kasai Miku、Nagata Takayuki、Uchida Kazuki、Nonomura Taku、Asai Keisuke、Egami Yasuhiro
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 34 号: 7 ページ: 075103-075103

    • DOI

      10.1088/1361-6501/acc5a0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sound-source distribution in the bogie section of a train determined by simultaneous measurement by pressure-sensitive paint and a microphone2023

    • 著者名/発表者名
      Matsui Akitoshi、Kasai Miku、Sugioka Yosuke、Asai Keisuke、Nonomura Taku
    • 雑誌名

      Experimental Thermal and Fluid Science

      巻: 145 ページ: 110885-110885

    • DOI

      10.1016/j.expthermflusci.2023.110885

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A platinum-based fast-response pressure-sensitive paint containing hydrophobic titanium dioxide2023

    • 著者名/発表者名
      Kasai Miku、Suzuki Aritoshi、Egami Yasuhiro、Nonomura Taku、Asai Keisuke
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 350 ページ: 114140-114140

    • DOI

      10.1016/j.sna.2022.114140

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal gate selection method for simultaneous lifetime-based measurement of PSP and TSP2022

    • 著者名/発表者名
      Kasai Miku、Nagata Takayuki、Nonomura Taku、Saito Yuji、Asai Keisuke
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 33 号: 9 ページ: 095203-095203

    • DOI

      10.1088/1361-6501/ac769b

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of Pressure and Skin-Friction Fields on Rotating Blade Under Low-Pressure Conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Nagata Takayuki、Sato Hitomi、Okochi Masaki、Matsuyama Takafumi、Sugioka Yosuke、Kasai Miku、Kusama Kensuke、Numata Daiju、Nonomura Taku、Asai Keisuke
    • 雑誌名

      AIAA Journal

      巻: 60 号: 9 ページ: 5422-5435

    • DOI

      10.2514/1.j061638

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Markerless image alignment method for pressure-sensitive paint measurement2022

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, T. Inoue, T. Nagata, M. Kasai, T. Nonomura and Y. Matsuda
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 22 号: 2 ページ: 4531-10

    • DOI

      10.3390/s22020453

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frequency Response of Pressure-Sensitive Paints under Low-Pressure Conditions2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kasai,, T. Nagata, T. Nonomura, and K. Asai
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 号: 9 ページ: 31871-20

    • DOI

      10.3390/s21093187

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of transonic buffet on ONERA-M4 model with unsteady pressure-sensitive paint2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Uchida, Yosuke Sugioka, Miku Kasai, Yuji Saito, Taku Nonomura, Keisuke Asai, Kazuyuki Nakakita, Yusuke Nishizaki, Yoshiyuki Shibata, Seiichi Sonoda
    • 雑誌名

      Experiments in Fluids

      巻: 62 号: 6 ページ: 134-134

    • DOI

      10.1007/s00348-021-03228-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Schlieren Visualization of Flow around Square Cylinders in Tandem Arrangement at a Reynolds Number 2.0×10^3 in Compressible Flows2024

    • 著者名/発表者名
      Miku Kasai, Takayuki Nagata, Keisuke Asai, Yuta Ozawa, and Taku Nonomura
    • 学会等名
      The 2nd Direct in-Person Colloquium on Vortex Dominated Flows-DisCoVor 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低圧環境下におけるPoly(TMSP)を用いた感圧塗料による 直列二角柱上の圧力計測2022

    • 著者名/発表者名
      笠井美玖,永田貴之,小澤雄太,浅井圭介,野々村拓
    • 学会等名
      第18回学際領域における分子イメージングフォーラム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 実験的研究に基づくレイノルズ数O(10^3)における直列2角柱の臨界間隔に対する圧縮性効果の解明2022

    • 著者名/発表者名
      笠井美玖,永田貴之,小澤雄太,浅井圭介,野々村拓
    • 学会等名
      日本流体力学会年会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of polymer/ceramic PSP and its application to unsteady pressure measurement in a low-pressure environment2022

    • 著者名/発表者名
      Kasai, M., Nagata, T., Ozawa, Y., Asai, K., Nonomura, T.
    • 学会等名
      8th German-Japanese Joint online Seminar
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AMT Rising Stars: Pressure-Sensitive Paint in Low-Pressure Condition -Toward Understanding Unsteady Compressible Low-Reynolds-Number Flow Phenomena-2022

    • 著者名/発表者名
      Kasai M,, Nagata, T., Nonomura, T., and Asai, K
    • 学会等名
      AIAA Scitech Forum
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レイノルズ数O(103)における直列2角柱間の流体力学的干渉への圧縮性の影響2021

    • 著者名/発表者名
      笠井美玖,永田貴之,野々村拓,浅井圭介
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 寿命法感圧・感温塗料計測における最適ゲート選定法2021

    • 著者名/発表者名
      笠井美玖,永田貴之,野々村拓,齋藤勇士,浅井圭介
    • 学会等名
      第49回可視化情報シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 低圧風洞試験におけるポリマー/セラミック感圧塗料を用いた直列二角柱上の圧力計測2021

    • 著者名/発表者名
      笠井 美玖,永田 貴之,小澤 雄太,野々村 拓,浅井 圭介
    • 学会等名
      第17 回学際領域における分子イメージングフォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Research Gate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Miku-Kasai

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 東北大学 工学研究科 野々村研究室 HP

    • URL

      http://www.aero.mech.tohoku.ac.jp/member/doctor/kasai.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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