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細管内気体の温度勾配による不安定化と圧力波の発生―熱音響現象の解明と応用に向けて

研究課題

研究課題/領域番号 23360084
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関大阪大学

研究代表者

杉本 信正  関西大学, システム理工学部, 教授 (20116049)

研究分担者 清水 大  福井工業大学, 工学部, 准教授 (40448048)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2011年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード熱流体力学 / 熱音響 / 不安定性 / 非線形振動・波動 / 熱機関 / 臨界条件 / 拡散 / 温度勾配 / 境界層理論 / 細管理論 / 不安定化 / 拡散効果 / ループ管
研究成果の概要

本研究の目的は,熱音響現象を解明するための理論体系を流体力学を基に構築し,成果を熱音響式熱機関に応用しその実用化を促進させることである.気体が不安定化する臨界条件を導出するために,一般的に適用できる熱音響波動方程式と,これから導かれる境界層理論と細管理論を用いて,境界層理論および細管理論の有用性を示した.また,固体壁の熱伝導性の影響を考慮した熱音響波動方程式も導出した.まず境界層理論を用いて,対称モードのタコニス振動やループ管路内の不安定化の臨界条件を導出し,理論の有効性を示した.一方,細管近似理論をスタック内に用いて,ループ管路の不安定化の臨界条件の導出に用い,両理論の適用範囲を明確にした.

報告書

(4件)
  • 2014 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2014 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Stability analysis for the onset of thermoacoustic oscillations in a gas-filled looped tube2014

    • 著者名/発表者名
      Hyodo, H. & Sugimoto, N.
    • 雑誌名

      J. Fluid Mech.

      巻: 741 ページ: 585-618

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination of marginal conditions for thermoacoustic oscillations in a looped tube by evolution of an initial disturbance based on the boundary-layer theory2014

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, D. & Sugimoto, N.
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Japan

      巻: 83 号: 3 ページ: 03440301-9

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.034403

    • NAID

      210000132996

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusive effects on acoustic wave propagation in a gas-filled channel subject to temperature gradient2012

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto, N. & Hyodo, H.
    • 雑誌名

      Proc. 23rd International Congress on Theoretical and Applied Mechanics

      巻: FM16 ページ: 21-21

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical simulations of thermoacoustic oscillations in a looped tube2012

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, D., Nishikawa, K. & Sugimoto, N.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings #1474

      巻: 1474 ページ: 299-302

    • DOI

      10.1063/1.4749355

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 温度勾配のある平行壁面間の音波の伝播とそれに及ぼす壁の熱伝導性の効果2012

    • 著者名/発表者名
      杉本信正
    • 雑誌名

      超音波テクノ

      巻: 24 ページ: 51-55

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書 2011 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of heat conduction in a wall on thermoacoustic-wave propagation2012

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto, N., Hyodo, H.
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 697 ページ: 60-91

    • DOI

      10.1017/jfm.2012.36

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 熱音響現象とこれを利用した新しい熱機関2011

    • 著者名/発表者名
      杉本信正
    • 雑誌名

      生産と技術

      巻: 63 ページ: 51-57

    • NAID

      40018804566

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 熱流の不安定性と熱音響現象2013

    • 著者名/発表者名
      杉本信正
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所共同研究集会「非線形波動の数理と応用」
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Thermoacoustic instability and its related fluid dynamical problems2013

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto, N.
    • 学会等名
      4th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical simulation of a transient behavior in the onset of thermoacoustic marginal oscillations in a looped tube2013

    • 著者名/発表者名
      Shimizu, D. & Sugimoto, N.
    • 学会等名
      20th International Congess on Acoustics
    • 発表場所
      Montreal Congress Center, Canada
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Marginal conditions of thermoacoustic oscillations in a looped tube based on thick and thin diffusion-layer theories2013

    • 著者名/発表者名
      Hyodo, H. & Sugimoto, N.
    • 学会等名
      20th International Congess on Acoustics
    • 発表場所
      Montreal Congress Center, Canada
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Thermoacoustics from fluid dynamical viewpoint2013

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto,N.
    • 学会等名
      Seminars at Ecole Centrale de Lyon & Universite de Le Mans
    • 発表場所
      Ecole Centrale de Lyon & Universite de Le Mans
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ループ管における熱音響臨界振動に至る過渡的な管内気柱の振る舞いの数値計算2013

    • 著者名/発表者名
      清水 大,杉本信正
    • 学会等名
      第62回理論応用力学講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Thermoacoustics as instability of gas due to diffusion under temperature gradient2012

    • 著者名/発表者名
      N.Sugimoto
    • 学会等名
      The 8^<th> KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 発表場所
      Songdo Convensia Center (Incheon, Korea)(全体会議招待講演)
    • 年月日
      2012-03-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 境界層理論を用いたループ管路における熱音響自励振動に対する臨界条件の数値的導出2012

    • 著者名/発表者名
      清水大, 杉本信正
    • 学会等名
      第61回理論応用力学講演会
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2012-03-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 厚い拡散層近似を用いたループ管路における熱音響振動の臨界条件2012

    • 著者名/発表者名
      兵頭弘晃, 杉本信正
    • 学会等名
      第61回理論応用力学講演会
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2012-03-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 境界層および厚い拡散層近似を用いたループ管内の熱音響振動の安定性解析2012

    • 著者名/発表者名
      兵頭弘晃,杉本信正
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所共同研究集会「非線形波動研究の数理,モデリングおよび応用」
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ループ管内のスタック内気体に対して厚い拡散層近似を用いた場合の熱音響不安定の臨界2012

    • 著者名/発表者名
      兵頭弘晃,杉本信正
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2012
    • 発表場所
      高知大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ループ管における進行波型熱音響振動のシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      清水 大,杉本信正
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2012
    • 発表場所
      高知大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Effects of heat conduction in wall on thermoacoustic wave propagation in a gas-filled channel subject to temperature gradient2011

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto, N., Hyodo, H.
    • 学会等名
      Acoustical Society of America
    • 発表場所
      Town and Country Hotel, San Diego (USA)
    • 年月日
      2011-11-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 両端が閉じた管におけるタコニス振動の対称モードの臨界条件2011

    • 著者名/発表者名
      佐々木亮, 杉本信正
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2011
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2011-09-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 温度勾配のある平板間の音の伝播を記述する熱音響波動方程式とそれに及ぼす壁の熱伝導性の効果2011

    • 著者名/発表者名
      兵頭弘晃, 杉本信正
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2011
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2011-09-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 温度勾配のある平行平板間の音の伝播に及ぼす壁の熱伝導の効果2011

    • 著者名/発表者名
      兵頭弘晃, 杉本信正
    • 学会等名
      2011年度非線形音響研究会
    • 発表場所
      箱根高原ホテル
    • 年月日
      2011-07-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] NONLINEAR ACOUSTICS State-of-the-Art and Perspectives2012

    • 著者名/発表者名
      Kamakura, T. & Sugimoto, N. (編)
    • 総ページ数
      410
    • 出版者
      AIP Conference Proceedings #1474
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2019-07-29  

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