| 研究課題/領域番号 |
19K04182
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| 研究機関 | 奈良工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
福岡 寛 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40582648)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 圧縮性流体 / 超音速噴流 / 衝撃波 / 反射衝撃波 / 収束現象 / 閉じ込め / 可視化 / ３D数値解析 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，工業，新エネルギー，材料開発で重要な課題である，衝撃波の多重閉じ込め現象を制御する壁面表面形状の設計指針の獲得と、その実験的実証を行う．噴流誘起衝撃波の壁面-噴流先頭間反射による多重閉じ込め現象を，時間分解観測することで，衝突平板壁面の形状と閉じ込めの効率の関係を明らかにし，圧縮性流体のシミュレーションにより閉じ込めが起こる条件での圧力・密度・速度を調べ，閉じ込めに必要な物理条件を明らかにする．
当該年度は閉じ込めに必要な物理条件を明らかにするために，衝撃波の物理条件を変えることができると考えられる凹型形状の反射板を用いた測定実験を行った．特に形状を追加し，凹形状の曲率をパラメータとして実験を行い，形状の特性を調べた．これにより，実験的に衝撃波の収束位置と噴流の位置関係が明らかになった．これは，様々な強さの衝撃波を噴流に衝突させることができることを示しており，今後，数値計算と比較する上で重要になる．以上のように，形状をパラメータとして実験を行い，衝撃波の閉じ込め現象を実験的に解明するために必要な，収束衝撃波の収束過程を詳細に調べた．
数値計算については，実験と同条件における三次元解析環境の構築を行った．格子数，格子形状をパラメータとして解析を行い格子依存性を検討した．さらに計算の確かさを確認するために，先行している実験結果と比較を実施し，定性的にほぼ一致すること確認できた．
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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
当該年度の研究は，やや遅れている．当該年度は，閉じ込め現象解明に向けての実験的アプローチとして，衝撃波および噴流の時間・空間的な解明に向けて，凹型の反射形状をパラメータとして実験を行い詳細な実験を目標にし，実施を計画した．今年度は実験装置の作成，パラメータを振った実験を多く計画していたため，コロナ感染拡大時に実験で遅れが発生した．オンライで対応可能な数値解析については，これまでのコロナ禍で先行して進めてほぼ完了していたため進めることができず，計画全体で遅れが生じた，
数値計算については，すでに環境構築が完了しており，実験結果取得後すぐに比較を行い，計算の確かさの確認を行うことができた．ただし，実験が遅れたため実験と同様のパラメータを用いた３D解析は実施できなかった．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の進捗方策は，当該年度で数値解析に必要なデータが揃ったため，実験と同様の条件において３D数値解析を実施する．ここでは，噴流と衝撃波の衝突時に反射が起こる条件を詳細に調べる．パラメータには，これまでの実験と同様に反射壁面形状および衝撃波管の圧力比，反射板と衝撃波管の距離を採用する．
実験では，数値解析から得られた考察について，確かめるための実証実験の実施を検討している．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
【現在までの進捗状況】に記したように，コロナ感染症拡大により影響を回避することができずに，実験全体の進捗が遅れた．その結果，当該年度に予定していた光学系の選定に必要な実験が後回しになったことが原因である．そのため今年度は可視化の鮮明さおよび領域を広げるための光学系を優先することで進捗の向上を図る．
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