| 研究課題/領域番号 |
19K04166
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
木綿 隆弘 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40225107)
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| 研究分担者 |
河野 孝昭 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (90630921)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 長方形噴流 / テーパ短管 / 受動的制御 / プラズマアクチュエータ / 能動的制御 / 流体計測 / 数値流体解析 / 渦構造 |
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| 研究実績の概要 |
長方形噴流は様々な機器に用いられているが、軸のスイッチング現象のために、噴流の断面形状は長軸と短軸が入れ替わり、三次元的に変形する。この原因は、ノズル角部から発生する渦糸の非一様曲率に伴う自己誘起速度の不均一性に起因する。本研究では、「テーパ短管を用いた受動的制御による方法」と「プラズマアクチュエータを用いた能動的制御による方法」で長方形ノズルの角部付近から発生する渦の強さを弱めて、下流域まで長方形噴流の形状が維持される高性能ノズルを開発する。
今年度は、３Ｄプリンターを用いて作成したアスペクト比２の長方形ノズル内部の三角形テーパ短管の長さや角度を変化させて検討を行い、角度がα＝6～8°の場合、噴流角部の乱れの増加を抑えることで噴流の拡がりが小さくなることを明らかにした。さらに、この噴流の拡散挙動と渦構造との関係を三次元計測により調べ、テーパ三角形管を付加した噴流の場合、長方形噴流の角部での局所的な渦度増加を抑えることで、長方形噴流の全体的な拡がりが小さくなることを見出した。すなわち、長方形ノズルの角部でのせん断層の強さを調整すれば長方形噴流の広がりを制御できることが明らかとなった。この結果を踏まえて、DBDプラズマアクチュエータによる連続駆動による流れを長方形ノズルの角部付近に形成させて、プラズマアクチュエータの長さと印加電圧の強さ(速度)の影響を調べる予定であった。しかし、新型コロナの影響で予定通り研究が進まなかったが、DBDプラズマアクチュエータが作動するところまで確認し、DBDプラズマアクチュエータを用いた実験が可能となった。なお、研究結果は、令和２年１０月の輸送現象国際シンポジウム、令和３年３月に日本機械学会北陸信越支部総会講演会に発表済みであり、令和３年６月に流れの可視化国際シンポジウムにて発表予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
新型コロナの影響で前期での研究があまり進まなかったためと、さらにDBDプラズマアクチュエータの納期が新型コロナの影響で大幅に遅れたため、DBDプラズマアクチュエータを用いた長方形噴流の実験の準備は完了したが、まだ実験結果を得るまでには至っていない。以上の理由から、やや遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
DBDプラズマアクチュエータ付きノズルを製作したため、連続駆動状態での実験が可能であり、アスペクト比２の長方形噴流のテーパ短管を用いた受動的制御の結果をベースとしてプラズマアクチュエータを付加する領域が明確になっているため、６月中にはDBDプラズマアクチュエータの有効性の結果が出てくる。さらに、間欠駆動状態での実験も、長方形噴流の渦放出周波数をベースとしてプラズマアクチュエータを加振する周波数を決定し、引き続きにPIVによる流れ構造の計測を実施する。並行して、実験と同じ境界条件で、ＬＥＳを用いた３次元乱流数値流体解析も実施し、噴流角部での渦構造の変形様相と長方形噴流の広がりの関係をANSYS Fluentを用いて明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度は、申請した研究の最終年度であり、２年間のデータを基にして引き続き研究を進める。主に、間欠駆動DBDプラズマアクチュエータ付きノズルでの実験が出来るように、間欠駆動用のプラズマアクチュエータのアンプ、加振の位相をずらしたフィードバック回路、ノズル作成ようの3Dプリンターのフィラメントやアクリル板などの費用、計測用の熱線プローブや、ＰＩＶに必要な物品費用に充てる。ほかに、国際会議や国内での学会参加費、論文投稿料として使用する。
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