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2013 年度 実績報告書

自然エンジンの非平衡ダイナミクスの理解と応用

研究課題

研究課題/領域番号 23360039
研究機関東北大学

研究代表者

琵琶 哲志  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50314034)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード熱音響学 / エネルギー / 非線形物理
研究概要

熱による気柱の不安定振動である熱音響自励振動を促進することができれば,可動部品のない熱機関「音波エンジン」の性能向上に貢献できる.またその抑制方法が開発できればガスタービンエンジン等の燃焼器で発生する迷惑な不安定振動を除去し安全性向上に貢献できる.現在は線形現象の立場から解析が試みられることがもっぱらだが,どちらの立場においても有限振幅のもとで生じる非線形ダイナミクスの理解が前提であると考えた.とくに注目したのは,振動子の結合による振動抑制効果とカオス振動子を結合させたときに生じるカオス同期である.
同等な二つの熱音響自励振動子を,バルブで結合した場合には振動子の振動数差が大きい場合に振動停止に至ることを明らかにしたが,振動数差がゼロの場合には同相同期に至り,振動は停止しない.振動停止を引き起こす基本的メカニズムがバルブを流れる振動流体が引き起こすエネルギー散逸にあることを明らかにし,その流量を増やすためにバルブに加えて半波長程度の長さのチューブでも結合した.その結果,振動数差がゼロの場合にも振動抑制が可能なことがわかった.
電気回路やレーザーなどの物理系では,カオス同期が観測されているが,流体系でのカオス同期はこれまで観測されていない.今年度は共鳴管形状を系統的に変化させることで,熱音響自励振動カオスが発生する条件を明らかにし,さらに二つの振動子の結合させた.ニードルバルブで結合して適当なバルブ開度に保ったところ,カオス的な振動を保ったまま同期に至ることがわかった.このようなカオス同期を実現するには気柱管を互いにどの場所で結合させるかという空間的自由度も重要であることを明らかにしている.

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2013

すべて 学会発表 (3件)

  • [学会発表] 結合熱音響振動子系における熱音響自励振動の抑制2013

    • 著者名/発表者名
      戸塚 智史,琵琶 哲志
    • 学会等名
      日本音響学会2013年秋季研究発表会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学
    • 年月日
      20130925-27
  • [学会発表] 熱音響自励振動におけるカオス同期2013

    • 著者名/発表者名
      蕎麦田和也,琵琶 哲志
    • 学会等名
      日本音響学会2013年秋季研究発表会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学
    • 年月日
      20130925-27
  • [学会発表] 熱音響自励振動におけるカオス同期2013

    • 著者名/発表者名
      蕎麦田和也,琵琶哲志
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2013
    • 発表場所
      東京農工大小金井キャンパス
    • 年月日
      20130912-14

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公開日: 2015-05-28  

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