2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 早稲田大学理工学部 電気・情報生命工学科４年 神保直史 熱音響管の解析とシミュレーション
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 研究内容 「レイケ管」と呼ばれる熱音響管を解析す る
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管とは？ レイケ管 (Rijke tube) 1859 年，オランダ人のレイケにより報告された現 象. ①パイプの中に金網を入れ ②その金網をバーナーで加熱 ③十分過熱したところで加熱を止める ④大きな音が鳴り始める ⇒簡単に出来る熱音響現象 実際にやってみます。
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 熱音響とは？ ① 音響学では、一般的に「断熱」として考え る しかし、狭い空間を伝播する音波は 熱伝導や粘性効果の影響を受ける つまり、 熱⇔音波 の変換が無視出来なく なる
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 熱音響とは？ ② 熱によって音が出る場合 熱い 冷たい 高温 低温 温度 ↑ 温度 ↓ 温度 ↑ 温度 ↓
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 過去の研究内容 山崎研での研究内容 – 自然エネルギーを駆動源とした熱音響システム, 水 野,2005 – 熱音響現象を用いた水の生成, 井田,2005 – 多様な共鳴現象を利用した騒音制御, 劉,2004 – 音を駆動源とした熱音響システム, 柳,2003 ⇒ 音波⇒熱 が主なテーマ
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 研究の目標 熱音響管から大きな音を出す
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ 研究の概要 レイケ管の解析 （物理的解明） より効率良く 大きな音を出せる 廃熱の有効利用 新しいエネルギー としての可能性 環境問題の 解決へ どのような管で どのような音が 出るか？ 解析に 基づいて 太陽だけで 音が出る 太陽光を用いた 冷房とか レイケ管を実際に製作する レイケ管内のシミュレーションを する
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管の実作① レイケ管を作る材料 – ステンレスパイプ＋金網 → 簡単に現象を確認可能 – 強化ガラス管＋金網 → 内部の観察が容易 レーザーでの解析も可能 – ステンレス太管＋スタック → 大きな音を得られる 内部を加圧させる事も可能 → 音の持続が難しい → ガラスが高温に耐えられない → 熱を伝えるのが難しい
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管の実作② 加熱方法 – ガスバーナー ⇒簡単に高温になるが高温を持続させに くい – ニクロム線 ⇒ショートしやすく加熱が難しい – 不導体で加工された電熱線 ⇒温度調整が容易，ショートもしない – パラボラ・虫めがね ⇒高温が可能，管内を温めるのが難しい
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管のシミュレーション① 先行研究 –Stirling engine nodal analysis program (Schock,A., “Stirling engine nodal analysis program,” Journal of Energy,1978) スターリングエンジンの数値シミュレーションに用 いら れる解析手法． ※野川らが，熱音響管の解析に応用． ( Nogawa, M., Shu, S., Inoue, T., Numerical simulation analysis of thermal acoustic generator, 日本機械学會論文集, ) この方法を、より簡単なモデルにし、 製作したレイケ管に合わせてシミュレー ション
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管のシミュレーション② 用いる基本式（定義式） 圧力 体積流量 質量流量
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管のシミュレーション③ 用いる基本式（保存式） 質量保存式 運動量保存式 エネルギー保存式
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管のシミュレーション④ 保存式において時間変化を考える 質量保存式 運動量保存式 エネルギー保存式
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ レイケ管のシミュレーション⑤ 計算に関して 時間変化を考えた差分式を使用 両端は大気圧，室温により，常に一定と仮定 網部分の温度が急激に上昇したとして計算開始 i+1 i i-1
2007/01/27 - 卒業論文合同発表会 - ♪ むすび 様々な管において、 熱から音に変わる現象が確認出来た。 計算機シミュレーションによって、 レイケ管内の動きをシミュレーション する 可能性を示した。