熱音響現象における測定手法の確立とそれを利用したエネルギー変換の実験的解明

音波が狭い流路内を伝播するとき,音波を担う流体は流路壁と熱交換を行い,多様な熱音響現象が生じる.熱音響現象を利用したエンジン・冷凍機は可動部を持たない,外燃機関であるといった特徴を有していることから現在盛んに研究が進んでいる.熱音響現象の理解は音波の輸送するエネルギー流(音響強度・熱流)の観点から理解が進んでいる.音響強度に関しては既に測定手法が確立しており,熱音響エンジン内の蓄熱器において熱流と音響強度の相互変換(熱音響エネルギー変換)が生じ,その結果音響強度が増幅・減衰することが確認された.しかし,これまで蓄熱器内で熱音響エネルギー変換を直接観測した報告はない.これまで私は熱電対を用いて流体の温度変動測定手法を確立してきた.温度変動に加え圧力変動を同時に測定することで流体要素が経験する熱力学的過程を明らかにすることができる.本年度は蓄熱器内で空間分解のよく流体要素が経験する熱力学的過程を明らかにし,具体的にどこでどの程度エネルギー変換が起きているか定量的に明らかにすることを試みた.その結果,最もエネルギー変換量が大きい位置は壁から熱境界層程度離れた位置に存在することが明らかになった.このようにはじめてエネルギー変換を直接観測することに成功した.

音波が狭い流路内を伝播するとき,音波を担う流体は流路壁と熱交換を行い,多様な熱音響現象が生じる.熱音響現象を利用したエンジン・冷凍機は可動部を持たない,外燃機関であるといった特徴を有していることから現在盛んに研究が進んでいる.熱音響現象の理解は音波の輸送するエネルギー流(音響強度・熱流)の観点から理解が進んでいる.音響強度に関しては既に測定手法が確立しており,熱音響エンジン内の蓄熱器において熱流と音響強度の相互変換(熱音響エネルギー変換)が生じ,その結果音響強度が増幅・減衰することが確認された.しかし,これまで蓄熱器内で熱音響エネルギー変換を直接観測した報告はない.これまで私は熱電対を用いて流体の温度変動測定手法を確立してきた.温度変動に加え圧力変動を同時に測定することで流体要素が経験する熱力学的過程を明らかにすることができる.本年度は蓄熱器内で空間分解のよく流体要素が経験する熱力学的過程を明らかにし,具体的にどこでどの程度エネルギー変換が起きているか定量的に明らかにすることを試みた.その結果,最もエネルギー変換量が大きい位置は壁から熱境界層程度離れた位置に存在することが明らかになった.このようにはじめてエネルギー変換を直接観測することに成功した.