2015 Fiscal Year Annual Research Report
熱流の不安定性により生じる熱音響現象とその非線形挙動の解明
| Project/Area Number |
26289036
|
|---|
| Research Institution | Kansai University |
|---|
Principal Investigator |
杉本 信正 関西大学, システム理工学部, 教授 (20116049)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 大 福井工業大学, 工学部, 准教授 (40448048)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 熱流体力学 / 熱音響 / 不安定性 / 非線形波動・振動 / 熱機関 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
熱音響自励振動は，熱流が攪乱により不安定化し，その成長過程において様々な流体運動の非線形性がその成長を抑制し両者がバランスした結果，出現するものと考えられる．平成２７年度の研究計画は，再生器内のように流路幅が十分狭い場合を想定し，圧力変動の大きさの有限性を考慮した非線形理論を展開した．非線形性が現れる原因はいくつか考えられるが，レイノルズ数が低いことから慣性項によるものは二次的であることとが分かる．また粘性率や熱伝導率も温度に依存することからこの非線形性も考えられるがこれも二次的であることが分かった．主な非線形性は，連続の式における移流にともなう圧力変動によることが明らかになった．最終的には超過圧の時間および空間発展を記述する，拡散・波動方程式が導出された．一方において，非線形熱音響振動を発生させ，振動からエネルギーを取り出す方法の実験を行ったが，現時点ではうまく進んでいない．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上述の研究計画のうち，前者の非線形理論の展開は順調に進み，結果を纏めることができた．その内容は流体力学の国際的に著名な学術雑誌Journal of Fluid Mechanicsに掲載予定である．一方，実験では，圧力振幅が大きくなると衝撃波の発生をループ管路において確認した．衝撃波の発生を抑制すべく，ヘルムホルツ共鳴器列を取り付けると熱音響孤立波が発生することも確認した．この結果も国際的に著名な学術雑誌Physics of Fluidsに現在投稿中である．振動からエネルギーを取り出す方法については，ウエルズタービンを設計し製作したけれども発振が生じず今後の研究の課題である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
概ね計画通りに順調に経過している．エネルギーの取り出しを行う，いわゆるエネルギーハーベスティングの研究は発展が予想されるので，今年度はその基盤を固める研究を行う．
|
| Causes of Carryover |
研究代表者および分担者は平成２６年度４月および９月に現在の所属機関にそれぞれ移動した．研究環境が大きく変化して，特に実験室の確保が大きな問題になり，学内の先端科学技術推進機構内に実験室を借用せざるを得なくなった．このため申請時には予想していなかった経費が新たに毎年発生することになり，後年度のその費用を平成２７年度から捻出した．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験装置の設置場所として先端科学技術推進機構内に部屋を借用し実験室として使用する．使用料は年間７０万円であり，平成２９年度の本研究課題終了までの毎年支払う計画である．
|
