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はじめに、ピストン駆動による断面縮小管内気柱の有限振幅波動について、安定な周期解を得ることの出来るスキームとして時間2次、空間4次精度の陽的マコ-マック法を採用した数値解析法を確立し、断面積縮小比0〜100までの範囲で波動現象の解析を行った。得られた結果は、直管において共振点近傍で形成される管内伝ぱ衝撃波が、断面縮小比を大きくすることにより消滅し、音響圧縮機で求められるショックレスの状態を実現できることを明らかにした。同時に、管内に冷凍機冷媒が満たされた状態での波動現象のシミュレーションを行い、圧縮機としての作動条件を満たす圧縮比が得られる可能性を確認した。さらに、冷媒循環を考慮した解析を行い、流出・入を伴う場合の波動現象への影響および安定な波動現象維持メカニズムについて検討した。
現象の実験的検証のために軸対称の断面縮小3次元ダクトおよび断面一定ダクトを作成し、加振機で駆動されるピストンにより管内気柱を共振点近傍で励振して、管内波動状態を実測した。得られた結果は、解析により予測された波動状態と良く一致しており、断面縮小管内でショックレスの状態が得られることを確認した。さらに共振点からのずれの影響について調べ、音響圧縮機として作動時の周波数制御範囲を明らかにした。しかし、加振機変位振幅の限界やピストン摺動部の加工精度などから、圧縮機動作に必要な圧縮比を得るには至らなかった。また、断面縮小比の増加と共に、数値解析結果とのずれが生じ、解法の適用に限界があることが明らかになった。
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