省エネルギー工学研究室  Energy Conservation Engineering Laboratory


              豊橋技術科学大学大学院工学研究科機械工学専攻





研究内容

 当研究室では,流体を利用して機械的動力を取り出すフルードパワーシステムに関連する研究,空力音発生機構の解明・制御に関する研究,また流体の熱音響効果や相変化を利用した熱エネルギー機器に関する研究を主として行っています.
 キーワードは,フルードパワー,機能性流体(EHD流体),省資源,省エネルギー,高機能化,空力音,ファン,騒音,圧縮性流れ,管楽器,熱音響,排熱利用,ループヒートパイプ,気液二相流,毛細管力,多孔体流れです.



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高性能な絶縁性液体浄化システムの開発


 潤滑油中のサブミクロンサイズの汚染物まで除去可能な静電フィルタ(静電浄油装置とも呼ばれています)があります.しかし,既存のものは大きさの割には浄化速度が遅く,浄化に長い時間を要しています.本研究室では,浄化速度を向上させる手段として電荷注入方式を提案し,その有効性を実証しています.現在は基礎的な特性の解明を行うとともに,実用化を考えて多面的に研究を実施しています.この他に,電荷注入を行わない従来型の静電フィルタの改良を目的として,内部の各構成要素の最適な形状を求める研究なども行っています. また,油中の粒子除去に適した液体サイクロンの形状を見出す研究,ならびに,逆洗式フィルタの改良研究も行っています.

(キーワード: 浄化,潤滑油,再利用,静電フィルタ,電荷注入,液体サイクロン)

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電気流体力学流れの基礎と応用


・EHDポンプに関する研究

 近年各種の機能性流体の発見・開発が行われ,それに伴ってそれら流体の応用研究も盛んになっています.流体中に存在する余剰電荷に働くクーロン力によって引き起こされる流れは電気流体力学的(EHD)流れと呼ばれ,冷媒循環用ポンプやアクチュエータの圧力源などとしての応用研究が盛んに行われています.本研究では,そのような流れの基礎的特性を実験と数値解析から明らかにするとともに,ポンプなどの各用途に適した電極や流路の形状を見出すことを目的としています.

(キーワード: 電気流体力学,イオンドラッグ,ポンプ,アクチュエータ)
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・プラズマアクチュエータを用いた制御

 プラズマアクチュエータ(PA)は高電圧(数kV-数10kV)・高周波(数kHz-数10kHz)の交流を図 のように誘電体を挟み配置された電極間に加えることで,誘起流を発生させます. PAは 可動部がなく,時間応答性が高く,軽く様々なものに用意に設置可能といった利点を有し ます. 本研究室では,こうしたPAを用いて,流体の制御を行い,空力音の制御などの流体 機器の高機能化に取り組んでおります. 効果的な制御を行うために, PAの形状や配置が制御 効果に及ぼす影響についても研究しています. また,PAにより明らかになった効果的な制 御を参考に,形状の工夫(受動的制御)や他の噴流などを用いた制御にも取り組んでいます.

(キーワード:プラズマ,流体制御,空力音,アクチュエータ)
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摩擦の動的挙動と数学モデル


 摩擦の動的挙動を明らかにし,その数学モデルを構築することは,各種機械システムの動作予測などに重要です.これまでに提案されている数学モデルは実際の摩擦挙動を精度良く表すことができませんが,本研究室では,潤滑油膜の動特性を考慮することで実際の摩擦挙動がかなり良好に表現できることを明らかにしています.現在は,提案した数学モデルの精度をさらに改良する研究を行うとともに,提案した数学モデルを各種機械システムに適用することを検討しています.

(キーワード: 動的摩擦,摩擦モデル,修正LuGreモデル,潤滑膜,アクチュエータ)

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空力音発生機構の解明・制御に関する研究


 飛行機・高速車両・自動車などの輸送機関やファンなどの流体機器からは渦の変形などの流れの非定常現象により空力騒音が発生する.こうした空力騒音の発生機構の解明および低減手法の確立を目指し,風洞実験および流れと音の直接計算を両輪とし,研究を行っている.現在は特に,高速車両の車両車間部や自動車のサンルーフで問題となるキャビティ音などのフィードバック音や,ファン騒音,自動車のグリル・ドアミラー騒音に関して研究を行っている.現在行っている流体と音の直接計算を,より大規模な計算が可能となるように開発を進めている.また,自動車の車内音などを対象として,構造振動との連成を伴う空力騒音に関する数値解析手法についても開発を進めている.  また, 空力騒音の音源の同定手法にも取り組んでおり, 角柱などの柱状物体から発生する音に関して, 角柱のごく近傍の渦構造が音源となっていることがわかっている。このように音源がわかることで, 空力騒音の制御にも有用な知見が得られている. さらに, 流れの計算と音響計算を別べつに行う分離計算と呼ばれる手法にも取り組んでおり, こうした手法を用いることで, 空力騒音の予測にかかる計算コストを低く抑えることが可能となる.

(キーワード: 空力音響学,制御,流れと音の直接計算(AADNS), 風洞実験)

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熱エネルギー機器に関する研究


・熱音響機器に関する研究

 熱音響現象は熱エネルギーと音響エネルギーの交換現象である. 例えば, 網目状のスタック を挟み急峻な温度勾配をつけることで自励的に音が発生する.逆に,スピーカにより発生 させた強い音場内にスタックをおくことで,スタックの両端に温度勾配ができる. さらに これらを組み合わせた,工場などの排熱を利用した冷凍機も盛んに研究されている. われ われは性能向上を目指し,熱音響機器内部の流動・音場を明らかにしている.

(キーワード:熱音響現象, 冷凍機,省エネルギー,排熱利用)


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・ループヒートパイプ蒸発器の最適設計方法に関する研究

 航空宇宙工学分野,自動車,電子機器などでは,小型化,機器の高性能化などに伴う発熱密度の急増が問題となっており,高性能な熱制御機器の開発が急務となっています.特に,軽量性の観点から省エネルギ,省スペースな機器が要求されます.そのため本研究では,電力なしで動作でき,配置の自由度が高い熱輸送デバイス,ループヒートパイプ(LHP)に注目しています.ループヒートパイプの技術確立を目指し,実機の設計製作,蒸発器内の気液二相熱流動挙動の観察,非定常解析,多孔体形状の新規提案・実証など,実験および計算の両面より基礎から応用に至るまで幅広く研究を行っています.

(キーワード: ループヒートパイプ,気液二相流,ポアネットワークモデル,毛細管力,多孔体流れ,吸水,排水)


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〒441-8580 
愛知県豊橋市天伯町雲雀ヶ丘1-1 豊橋技術科学大学 機械工学系 省エネルギー工学研究室
柳田居室   | D研究棟D-309
  E-mail | yanadaの後に「@me.tut.ac.jp」を補完
横山居室   | D研究棟D-306
  E-mail | h-yokoyamaの後に「@me.tut.ac.jp」を補完
西川原・学生居室   | D2研究実験棟D2-202
  E-mail | nishikawaraの後に「@me.tut.ac.jp」を補完


リンク
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日本フルードパワーシステム学会 日本機械学会東海支部 日本設計工学会東海支部
日本ヒートパイプ協会 日本伝熱学会東海支部  

 

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