集中系モデルを用いた熱音響現象の解析手法の開発

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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．