熱音響エンジンにおける進行波型自励振動の発生メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 25820044
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 福井工業大学 (2014); 大阪大学 (2013)
• 研究代表者: 清水 大 福井工業大学, 工学部, 准教授 (40448048)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 熱音響自励振動 / 境界層理論 / 臨界条件 / 進行波 / スタック / 空隙率 / 熱音響エンジン / ループ管 / 熱交換器

研究成果の概要

ループ管型の熱音響エンジンにおいて，スタックの空隙率等に着目して，境界層理論を応用した準１次元モデルによる数値計算を実施した．まず，臨界温度比の特定には慣習的に用いられてきたパラメータωτだけでなく，空隙率や壁厚等が重要であることが明らかになった．実験との比較から，ωτ＝2付近まで境界層理論が有効であることが示された．これを受け，空隙率等と進行波発生の関係を調べた結果，スタックの壁厚が一定の場合は空隙率が小さい程，空隙率が一定の場合は壁厚が薄い程，進行波が発生しやすいことが明らかになった．一方，空隙率0.5辺りを境として，より低い空隙率に対しては，これらの傾向が反転することも明らかになった．

研究成果

• [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 theory (2014)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical simulations of a transient behavior in the onset of thermoacoustic marginal oscillations in a looped tube (2013)
  • 著者名/発表者名: Dai Shimizu and Nobumasa Sugimoto
  • 雑誌名: Acoustical Society of America Proceedings of Meetings on Acoustics 巻: POMA Vol. 19, No. 1 ページ: 0450851-5
  • DOI: 10.1121/1.4799368
  • NAID: 130004604992
• [学会発表] 熱音響ソリトンの発生実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 清水 大
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 熱音響自励振動の発生メカニズムの解明～タコニス振動から熱音響ソリトンまで～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 清水 大
  • 学会等名: 平成26年度 第3回応用熱音響研究会
  • 発表場所: 東海大学 代々木キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] 熱音響現象と新しい熱機関への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 清水 大
  • 学会等名: 機械学会北陸信越支部特別講演会
  • 発表場所: 福井工業大学 福井キャンパス
  • 年月日: 2014-12-12
• [学会発表] 非線形熱音響振動の発生と大振幅化に向けた実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉本 信正
  • 学会等名: 第３８回非線形音響研究会
  • 発表場所: 加藤山崎教育基金 軽井沢研修所
  • 年月日: 2014-07-26 – 2014-07-27
• [学会発表] Experiments of nonlinear thermoacoustic oscillations in a straight tube and effects of Helmholtz resonators on suppression of higher harmonics (2014)
  • 著者名/発表者名: Dai SHIMIZU
  • 学会等名: The Second International Workshop on Thermoacoustics
  • 発表場所: Sakura Hall, Tohoku University
  • 年月日: 2014-05-23 – 2014-05-25
• [学会発表] 直管における非線形熱音響振動の実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水大，服部佑規，杉本信正
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学 小金井キャンパス
• [備考] 大阪大学研究者総覧
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=4615