• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

プラズマアクチュエータ実用化のための理論基盤構築

研究課題

研究課題/領域番号 19H02062
研究機関東京農工大学

研究代表者

西田 浩之  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60545945)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードプラズマアクチュエータ / 流体制御 / 大気圧放電
研究実績の概要

プラズマアクチュエータが生成する体積力場とジュール発熱場の双方を解明することを目的に,数値シミュレーションと実験の双方のアプローチから研究を行った.
実験研究においては,2020年度において密度場の定量的計測技術であるBOS法について,壁面近傍も含め正確に計測する技術の習得に成功している.そこで2021年度は,PIV法による流速場計測とBOS法による密度場計測の双方によりプラズマアクチュエータが形成する流体場について詳細に解析を行った.プラズマアクチュエータの放電1周期内における流速場と密度場の時間変動を計測した結果,流速場はAC電圧の変化に合わせて変動するが,密度場は大きく変動しないことが明らかとなった.また,流速が最大値をとる位置に比べ密度が最小値をとる位置は下流になることが明らかとなり,これは電極近傍の放電場により加熱された空気が遺留しながら膨張するためと考えられる.プラズマの数値シミュレーションから得た体積力場とジュール加熱場と比較し,実験結果と矛盾がないことを確認した.また,電極形状が速度場と密度場に与える影響についても調査し,ワイヤー電極を用いた際に流れ場一時的に誘電体表面から剥がれる特徴的な現象を確認した.
プラズマアクチュエータが流れに与える熱的影響について,誘電体表面との熱伝達を含めた理解は重要である.そこで,誘電体の表面温度の時間変化を,誘電体材料と印加電圧をパラメトリックに変化させて計測した.そして,表面温度の時間変化を熱伝達と誘電体内部熱伝導の考察から統一的に整理できるパラメータを見出すことに成功した.また,プラズマアクチュエータが形成する流れの熱伝達率を推定するため,誘電体内の熱伝導シミュレーション結果をもとに温度変化を解析解にフィッティングした.物理的に妥当と思われる結果を得ることに成功したが,定量的な正確性は今後確認の必要がある.

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

プラズマアクチュエータが流体に及ぼす作用として,体積力場のみならずジュール加熱場にも着目した研究を行っており,実験的アプローチとシミュレーションからのアプローチの双方において順調な進展が得られていると考えている.これは,2020年度までに計測手法と数値シミュレーションコードの開発に成功できた故である.一方で,プラズマアクチュエータが作用した結果としての流体場については理解が大きく進んだものの,体積力場とジュール加熱場そのものを定量的に明らかにすることには成功しておらず,どのようにアプローチするかも含め,今後の課題である.

今後の研究の推進方策

プラズマアクチュエータが流体に及ぼす作用として,体積力場とジュール加熱場の双方を解明することが重要であるが,これらを実験的に直接計測することは難しく,シミュレーションはには未だ定量的な信頼性に難がある.そこで,実験とシミュレーションを連携したデータ同化の手法を用いることで解明することを計画する.実験的に得た流体場(流速場と密度場)をシミュレーション結果と比較し,その差が小さくなるようにシミュレーションの体積力場とジュール加熱場を修正する.データ同化の専門家と共同研究を行う準備を進めており,2022年度には実装したうえで実際に実験とシミュレーションを実施する予定である.データ同化により解明した体積力場と加熱場をもとに,それらを表現する簡易的な数式モデルを作成する.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Visualization of the Electrohydrodynamic and Thermal Effects of AC-DBD Plasma Actuators of Plate- and Wire-Exposed Electrodes2022

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Yutaka、Nishida Hiroyuki、Tagawa Yoshiyuki
    • 雑誌名

      Actuators

      巻: 11 ページ: 38~38

    • DOI

      10.3390/act11020038

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Background-oriented schlieren measurement of near-surface density field in surface dielectric-barrier-discharge2021

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Yutaka、Nishida Hiroyuki、Tagawa Yoshiyuki
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 32 ページ: 125402~125402

    • DOI

      10.1088/1361-6501/ac1ccc

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental Study on Heat Transfer of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator Considering Heat Conduction of Dielectric Material2021

    • 著者名/発表者名
      Hatamoto Asami、Emori Kenta、Nishida Hiroyuki
    • 雑誌名

      Proceedings of the ASME 2021, Fluids Engineering Division Summer Meeting

      巻: FEDSM2021-64270 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1115/FEDSM2021-64270

    • 査読あり
  • [学会発表] Computational and Experimental Study on the Electrohydrodynamic and Thermal Effects of DBD Plasma Actuator2022

    • 著者名/発表者名
      Kaneko, Y., Nishida, H. and Tagawa, Y.
    • 学会等名
      33rd ISTS, 10th NSAT & 14th IAA LCPM
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of External Flow Velocity on the Thermal Characteristics of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator2022

    • 著者名/発表者名
      Hatamoto, A., Emori, K. and Nishida, H.
    • 学会等名
      33rd ISTS, 10th NSAT & 14th IAA LCPM
    • 国際学会
  • [学会発表] INVESTIGATION OF DENSITY AND FLOW VELOCITY FIELD OF DBD PLASMA ACTUATOR IN QUIESCENT AIR USING BACKGROUND ORIENTED SCHLIEREN AND PARTICLE-IMAGE-VELOCIMETRY METHOD2021

    • 著者名/発表者名
      Kaneko, Y., Emori, K., Shimazaki, T., Tagawa, Y. and Nishida, H.
    • 学会等名
      25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] CHARACTERISTICS OF DISCHARGE AND JET GENERATION OF PLASMA ACTUATOR UTILIZING DC AND AC DISCHARGES2021

    • 著者名/発表者名
      Hatamoto, A., Nakai, K. and Nishida, H.
    • 学会等名
      25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] DBDプラズマアクチュエータが誘起する流れの熱伝達率の推定2021

    • 著者名/発表者名
      畑本明彩未,江森健太,西田浩之
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
  • [備考] 東京農工大学 西田研究室ホームページ

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~nishida/

  • [備考] 東京農工大学 工学研究院 先端機械システム部門 研究者紹介ページ

    • URL

      https://kenkyu-web.tuat.ac.jp/Profiles/29/0002900/profile.html

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi