| 研究課題/領域番号 |
22KJ0175
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| 補助金の研究課題番号 |
21J20673 (2021-2022)
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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 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
横田 翔 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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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 |
2,200千円 (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)
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| キーワード | 鈍頭物体 / 非圧縮性流れ / 磁力支持天秤装置 / 粒子画像流速測定法 / 感圧塗料計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，輸送機械の発展による生活・地球環境の向上に向け，主にトラックやバス，鉄道の外形に見られる非流線型の物体に焦点を当てる．対象として円柱軸が流れの向きに平行である気流と平行な円柱を用い，空気力・空力騒音の発生原因およびメカニズムを明らかにする．磁力支持天秤装置，粒子画像流速測定法，感圧塗料計測，マイクロフォンアレイを風洞試験に適用し，非接触による統合的空間分布計測を実現する．得られる空気力・速度場・圧力場・音響場のデータを組み合わせ，非定常3次元渦構造，音響発生メカニズム，空気力変動発生メカニズムを解明する．
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| 研究実績の概要 |
気流と平行な円柱後流の2次元3成分速度場をステレオPIV計測により取得し，特徴的な流体構造の調査を進めた．また，次年度に計画していた感圧塗料計測による円柱背面の圧力変動場を前倒しで取得した．
ステレオPIVによる速度場計測の結果について，時間平均速度場から、実験において流れへの干渉がなく、円柱後流がきれいな軸対称流れであることを示した。瞬間速度場からは後流位置および速度場モード分解の結果を示した。後流位置の周波数スペクトルは、無次元周波数0.135に明確なピークを示し、大規模渦放出と呼ばれる特徴的な後流構造をよく表すことを先行研究の報告と併せて確認した。モード分解からは、軸対称変動である再循環バブルポンピングと、反対称変動である大規模渦放出によるモードを特定した。特に大規模渦放出に相当するモードからは、らせん渦構造の巻き方向の切り替わりが見られた。固有値スペクトルからは大規模渦放出に相当する周方向波数1, PODモード1が，本研究で計測した範囲においては円柱背面からの距離に関わらず支配的なモードとなることがわかった．
圧力場計測の結果については，速度場と同様のモード分解適用により大規模渦放出による変動と思われる分布が観察された。次年度にモード係数の時間変化から周波数解析を行い，速度場の解析と同様にモード間の相互関係を調査する．
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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
本年度初めにステレオPIV計測と磁力支持天秤装置を組み合わせた風洞実験を実施し，2次元3成分の速度場が取得され，解析が進んでいる．さらに計画では令和5年度に実施予定であった感圧塗料計測と磁力支持天秤装置を組み合わせた円柱背面における圧力変動場が取得され，順調に進んでいる．
ステレオPIVによる速度場算出にかかる時間が相当量であるため，昨年度に引き続き圧力場復元用の速度場算出には取り掛かれていない．また，音響場取得に向けたマイクロフォンアレイの設計・製作は着手されていない．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度では2次元3成分速度場および圧力変動場のモード分解結果について詳細に解析を行う．さらに本年度確立したステレオPIV計測および感圧塗料計測を迎角付き円柱周り流れに適用し，より実用に近い形の円柱周り流れについて調査する．
また，当初計画に含んでいたマイクロフォンアレイの設計・製作，磁力支持天秤装置との併用による音響場計測は断念する．圧力場復元に関しては上記の解析が終了次第取り掛かるよう計画を変更する．
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