31 ループ管熱音響システムにおける管内圧力の可視化 長岡技術科学大学 機械創造工学課程 梅本康平 担当教員 小林泰秀 准教授 31 ループ管熱音響システムにおける管内圧力の可視化 長岡技術科学大学 機械創造工学課程 梅本康平 担当教員 小林泰秀 准教授 1. 研究の背景 SPK1とSPK2に同相・同振幅の正弦波電圧を印加した場合の発泡スチロールの浮上量が目視で最大となった位置. 可視化による浮上位置と物理モデルでの粒子速度の腹を比較した.図７～９に可視化した時の浮上のピーク位置を示す. それぞれ図7,図8,図9は1次,2次,3次共振を示す. 図10～12に管内の粒子速度の物理モデルを示す. それぞれ図10,図11,図12は1次,2次,3次共振を示す. それぞれを比較すると浮上位置が物理モデルと一致していることがわかる. 熱音響冷却システムは、冷媒なしで冷却が行える 管内の流れは進行波である方が好ましい 管内の流れが進行波になっているかを調べる必要がある. 複数の圧力センサを用いて確かめる方法があるが圧力センサでは連続的に測ることができない. 図7 浮上位置（1次） 図8 浮上位置（2次） 図9 浮上位置（3次） 物理モデルにより算出した粒子速度分布. 本研究では連続的に，管内の圧力を調べることを目的としている. 量スピーカー SPK1のみ http://ctt.doshisha.ac.jp/contents.html 熱音響技術研究センター 渡辺 好章 坂本 眞一 図1 ループ管熱音響冷却システム 2. 実験装置 SPK1 図10 1次共振での粒子速度(物理モデル) 図11 2次共振での粒子速度(物理モデル) 図12 3次共振での粒子速度(物理モデル) 0.585 3.638 1.306 2.340 SPK2 ・発泡スチロール浮上のピークと物理モデルの粒子速度の腹の位置が一致 MIC1 発泡スチロールの浮上によるループ管内圧力の可視化結果は妥当である. MIC2 ・SPK1側 図2 実験装置 発泡スチロール（φ3mm）を静止時に最深部6mm程度になるように入れる. SPK1 SPK2 発泡スチロールは共振周波数で浮上する.（粒子速度の腹,圧力の節）． 進行波 SPK2側 とおく 図13 進行波の向きと位相差 可視化した結果,ループ管全体で発泡スチロールが浮上した. 位相差 ＝302deg.122deg. 図3 粒子速度の節 図4 粒子速度の腹 ループ管内にスタックが入っている場合と入っていない場合の周波数応答実験結果. 周波数応答実験結果および共振での発泡スチロールの浮上位置をそれぞれ物理モデルと比較することで可視化の妥当性の検討を行った. 3. 実験結果 発泡スチロールが入っている場合と入っていない場合の周波数応答実験結果と物理モデル. 周波数応答の物理モデル 図14 SPK1からMIC1までの周波数応答実験結果(スタックあるなし) 図15 SPK1からMIC2までの周波数応答実験結果(スタックあるなし) SPK1のみ鳴らした場合の可視化結果. 1次が下がっているのに対して２次に変化がない. 粒子速度が速いところでスタックにより減速されたため. 図16 浮上位置（1次,スタック） 図17 浮上位置（2次,スタック） 図5 SPK1からMIC1までの周波数応答実験結果 図6 SPK1からMIC2までの周波数応答実験結果 4. まとめ ・発泡スチロールを使用した圧力分布可視化可能なループ管を製作した ・定在波：粒子速度の腹で浮上，進行波：管内全体的に浮上. ・スタックを粒子速度が遅いところに置くと周波数応答に影響を与えない ・周波数応答実験は正しい結果が得られている. ・発泡スチロールが管内に入っている影響はほとんどない.