集中系モデルを用いた熱音響現象の解析手法の開発

利用集总系统模型开发热声现象分析方法

• 批准号: 21K14106
• 负责人: 久野 翔太郎
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kitakyushu National College of Technology (2022)Seikei University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14106/
• 关键词: 熱音響自励振動; 集中系モデル; 固有値解析; 熱音響現象; 自励振動; 非線形振動

本研究では，熱音響現象を解析可能な集中質量モデルの構築とモデルを用いた熱音響自励振動の解析手法の開発を目的とする．また，開発した手法を利用して，振動学的に熱音響自励振動のメカニズムの考察を行い，熱音響デバイスの改良方法について検討する．今年度の研究実績の概要は以下の通りである．(1)：非線形領域の熱音響自励振動を解析する方法を検討した．(2)：前年度開発した熱音響自励振動解析モデルを基調として，音から熱へのエネルギー変換現象を解析する手法を検討した．(3)：スピーカ駆動型熱音響ヒートポンプの実験装置を作成し，音波入力で熱勾配が発生する現象を確認した．今年度は，非線形領域の熱音響自励振動を解析するための基礎モデルを構築した．固有値解析のために，シューティング法や調和バランス法の利用を検討しており，モデルの妥当性は今後の実験で確認する予定である．また，熱音響自励振動は，熱から音へのエネルギー変換現象であるが，この現象のメカニズムを理解するためには，音から熱へのエネルギー変換現象も並行して考える必要があると考えた．今年度はこの点にも取り組んでおり，単一周波数の音波をスピーカから出力する場合の基礎的な解析モデルを構築し，従来手法であるFDTD法などの理論を参考にして現在も改良を続けている．同時に実験装置の製作も行い，スピーカの電圧に比例してスタックの両端に発生する温度勾配が大きくなる現象を確認することができた．以上に関連する研究成果は，国内・国外の学会や論文集で発表している．

这项研究旨在构建一个浓缩的质量模型，该模型可以分析热声现象，并使用该模型开发用于热声自激发振动的分析方法。此外，我们将使用开发的方法来检查热声自激振动的机理，并检查改善热声设备的方法。今年研究结果的概述如下。 （1）：我们研究了一种分析非线性区域热声自激发振动的方法。 （2）：基于去年开发的热声自我激发振动分析模型，我们研究了一种分析从声音到热量的能量转化现象的方法。 （3）：我们为扬声器驱动的热声热泵创建了一个实验设备，并确认了由声波输入产生的热梯度现象。今年，我们构建了一个基本模型，用于分析非线性区域中热声自我激发的振动。我们正在考虑使用射击方法和谐波平衡方法进行特征值分析，并计划在未来的实验中确认该模型的有效性。此外，热声自我激发的振动是从热量到声音的能量转换现象，但是为了了解这种现象的机制，我们还认为有必要考虑从声音到热量的能量转换现象。今年，我们还在研究这个问题，并构建了一个基本的分析模型，用于从扬声器中输出单频声波，并考虑到诸如常规FDTD方法之类的理论。同时，我们还制造了实验设备，并且能够确认堆栈两端产生的温度梯度与扬声器电压成比例增加。上述研究结果已在国内和国际学术社会和论文集合中提出。

项目成果

Audible sound analysis of parametric speaker by concentrated mass model (Steady-state response analysis for cylindrical acoustic space by substructure synthesis method)

通过集中质量模型对参量扬声器进行可听声音分析（通过子结构合成法对圆柱形声学空间进行稳态响应分析）

• DOI: 10.1299/transjsme.22-00096
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: HISANO Shotaro;IWAMOTO Hiroyuki;ISHIKAWA Satoshi
• 通讯作者: ISHIKAWA Satoshi

Analysis of thermoacoustic phenomenon using concentrated mass model

使用集中质量模型分析热声现象

• 发表时间: 2023
• 作者: Daiki Funyu;Shotaro Hisano;Hiroyuki Iwamoto and Satoshi Ishikawa
• 通讯作者: Hiroyuki Iwamoto and Satoshi Ishikawa

Minimization of acoustic power in free space using dipole sound sources

使用偶极声源最小化自由空间中的声功率

• 发表时间: 2023
• 作者: Yuta Ogasawara;Hiroyuki Iwamoto and Shotaro Hisano
• 通讯作者: Hiroyuki Iwamoto and Shotaro Hisano

集中系モデルを用いた超音波の非線形相互作用に対する定常応答解析手法の開発

使用集总系统模型开发超声非线性相互作用的稳态响应分析方法

• 发表时间: 2021
• 作者: 久野 翔太郎;岩本 宏之;石川 諭
• 通讯作者: 石川 諭

Minimization of acoustic power in free space using multiple distributed sound sources (On the generation condition of the zero control power phenomena)

利用多个分布式声源的自由空间声功率最小化（论零控制功率现象的产生条件）

• DOI: 10.1299/transjsme.22-00217
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: OGASAWARA Yuta;IWAMOTO Hiroyuki;HISANO Shotaro
• 通讯作者: HISANO Shotaro