2019 Fiscal Year Research-status Report
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19K04182
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
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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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 圧縮性流体 / 超音速噴流 / 衝撃波 / 反射衝撃波 / 閉じ込め / BOS法 / 可視化 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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．
当該年度は実験的実証に向けての可視化系の構築および予備実験を行い，閉じ込め現象の可視化に成功した．可視化系について，シュリーレン法およびBOS法が独立して実施できるように，光学系を新たに作成した．シュリーレン法およびBOS法ともに本実験で使用する極小容積の衝撃波管から噴出する超音速噴流および衝撃波の可視化を確認した．さらにシュリーレン法においては，衝撃波管前方に設置した，反射板において反射した衝撃波および噴流との衝突を確認し，ある条件において，さらに噴流先頭において反射する衝撃波を確認できた．
実験で得られた基礎的なデータをもとに数値計算を前倒しでスタートさせ，準備が整った．数値計算には，汎用流体解析ソフトであるANSYS Fluentを採用し，二次元圧縮性ナビエストークス方程式を解くことで行った．実験と同様に，衝撃波管から噴出する超音速噴流および噴流により形成された衝撃波を確認できた．さらに反射板において反射した衝撃波が噴流先頭で衝突し，反射する様子を確認することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の研究は，おおむね順調に進展することができた．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，衝撃波及び噴流の時間・空間的な解明に向けて，２つの可視化系の構築および予備実験までを目標にし，その構築および予備実験の実施が完了した．シュリーレン法における予備実験では，閉じ込め現象の可視化まで成功できた．一方，BOS法においては当初の計画より感度が低く，調整に時間がかかっている．そこで，調整の効率化を図るために次年度に計画していた数値計算を予定より早く実施することができた．このため計画全体としては，おおむね順調に進めることができている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の進捗方策は，計画通りに実験的可視化による閉じ込め領域の発生と消失過程を観察し，「閉じ込め現象の空間分布・寿命」および「壁面形状・衝撃波の位置・噴流の速度および密度」の関係を明らかにする．そのために，現在は平坦な平板で行っている反射板に加えて，形状を変化させた壁面の作成を行う．
もし現在のように遠隔での研究が続き，実験的なアプローチが難しい場合は，現在前倒しができている数値計算をさらに進めていくことを考えている．前年度の実験結果から得られた知見をもとに予備計算を行い，理論を先行させて閉じ込め現象の解明を図る．
さらに，実験結果不足により数値計算の実施も難しい場合，実験の効率化を図るために実験系のシステム化の構想を進める．具体的には，システム開発ソフトフェアLabVIEWを用いるなどして，光速度カメラと光学系の同期を行い，実験の効率化だけでなく，実験後のデータ処理の効率化にもつながるシステム開発を考えている．
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| Causes of Carryover |
予備実験の結果，事前に選定していた光学系機器では想定した結果が出せないことが分かり，当該年度内に購入できなかったため．状況としては，予備実験を繰り返し，機器の選定を進めている段階である．
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