簡単な研究紹介(高校生向け)


流体」とは気体や液体といった「流れるもの」のことです。例えば空気や水も流体です。

流体は長い人類の歴史と共に常に身近にあったにも関わらず、その運動(乱流現象)がとても複雑であるため
現代の科学技術をもってしても、そのコントロールを完全に行うことはできていません。

そこで、私たちの研究グループは「流体」の複雑現象の解明と制御システムの開発を通して、学術的な貢献と
科学技術の向上を図るとともに、流体が原因で生じる様々な社会問題を解決しようとしています。




例えば、この写真のような高速列車の車両連結部や航空機の車輪格納庫の凹部(キャビティ)からは、走行中に流体に起因した大きな騒音が発生することが知られており、問題となっています。

このような流体騒音を抑制することを目的として、風洞実験(下図(左))流体力学に基づいたコンピューターシミュレーション(下図(右))による研究を進めています。 これまで、ほんの数ミクロン振動するだけのアクチュエータ列や自励振動ジェット、微小な板片を最適な位置に置くだけという極めて省エネルギーな方法でキャビティ部での流動をコントロールして流体騒音を低減するシステムの開発に成功しています。




        風洞実験                流体力学に基づいたコンピューターシミュレーション



また複雑に動く機械内部の流れ、温度拡散および塩分拡散を伴う二重拡散対流、氷の融解過程、相変化を伴う電磁流体の解析など、従来の数値シミュレーション方法では解析困難な流動場にも適用可能な新しい計算方法の開発も行っています。 下のアニメーションはその一例で「ソルトフィンガー」と呼ばれる二重拡散対流の数値シミュレーション結果です。



 暖かい塩水                     冷たい真水



他にも、流れが乱流になると摩擦力が約10倍に跳ね上がってしまうという問題があるため、 乱流をコントロールすることで飛行機や自動車の燃料消費を抑える技術の開発が望まれています。 そこで乱流内の渦運動を詳細に解析するための手法を開発したり、 精密な風洞実験を行うことで乱流化のメカニズムを解明し、流れを乱流化させないための制御システムの開発も行っています。(詳しくはこちらをご覧ください)

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