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流体工学、数値流体力学を用いた自动车?输送机器の「流れ」に関する研究。
中心は自动车エンジンに関する「流れ场」研究。环境负荷の低减に贡献する。
「动力システム研究室」という名前のとおり、私たちの研究室では、自动车や输送机器などの动力エネルギーシステム、いわゆるエンジン部分に関するさまざまな现象を研究しています。自动车をはじめとした输送机器におけるエネルギー损失やエミッション（排気ガス）の低减に繋がる流体力学的要素を见出し、実験と数値シミュレーションを用いて「流れ」および「流れ场（※）」の挙动や相関の解明に挑んでいます。
私たちは、広岛県内公司との共同研究をおこないながら、本学共同研究讲座内燃机関研究室、他大学?高等専门学校と连携し、理论?実験?数値シミュレーションを用いたさまざまなアプローチにより、基础研究から、実际の自动车开発に直结する応用に至る多様な研究を进めており、サスティナブル社会の発展に寄与する环境负荷の低减の実现を目指しています。
研究対象は、自动车や输送机器関连のさまざまな「流れ场」、なかでも燃料が燃えるエンジンシリンダに直结する「排気系」「冷却系」の流れ场の研究が中心となります。こうした排気系?冷却系の研究の背景にあるのは、年々厳しく求められている自动车の环境対策があり、「いかにきれいな排気ガスを出すか、エネルギー损失を低减するか」ということが自动车メーカーの大きな课题になっていることが挙げられます。自动车は今后も我々の日常生活と切っても切り离せないものですが、グローバルな环境対策の问题解决に向け、研究成果を実机エンジン开発にも応用することで、普段の生活における环境负荷低减に直结できると考えています。
※流れ場とは…流体力学では、流体の運動を記述する方法が2種類ある。１つは流体を流体粒子の集団と考えて、各粒子の運動を調べる方法（ラグランジュ的記述）。もう1つは、流れを「場 (field)」として捉える方法で、任意の時刻における空間の各点における速度、圧力、密度などの流れの物理量を調べる方法（オイラー的記述）。後者の場合の物理量の"場（field）を「流れ場」という。
管内乱流场などでの流体の挙动を実験とシミュレーションで解明していく。
研究内容について、もう少し详细に説明しましょう。主要な研究テーマには次のようなものがあります。
１）自动车エンジン排気系における管内脉动乱流场と壁面热伝达特性の相関
２）自动车エンジン排気系、冷却系における気液二相流特性の解明および数値モデルの开発
３）自动车エンジンシリンダ内の模拟条件下での燃料喷雾挙动特性 など
1と2で扱うのは、エンジンの「外」の部分、3は「内」の部分です。エンジンの内部で燃料が燃えて、残りが排気ガスとして出てきますが、排気ガスを排出する际に「叁元触媒」を使って、排気ガスの有害物质を浄化するという方法があります。効率よく浄化するには、叁元触媒とそこに入ってくる排気ガスの流れ场がどういう风な状态になっているかを知る必要があるため、まずこの流れ场を解析しようというのが1の研究テーマです。排気ガスとして出てくる空気は、エンジンのピストン运动や吸排気バルブの开闭の影响により、短い周期で圧力?流速?温度が変动する、「脉动流」という脉打つような流れになります。しかも排気ガスが通るパイプは曲がっているため、排気系は非常に复雑な构造となるのです。そこで、私たちは笔滨痴（粒子画像流速计）を使ってさまざまな测定をおこない、この部分の流れ场の様子を详细に研究しています。
次に2つめの研究について。「気液二相流」というのは気体と液体が混在する流れのことです。例えば、寒い日に窓に水滴がつく结露と同じように、排気系の管の中でも、水蒸気を含んだ排気ガスが冷却され、凝缩が起こって管の中に水滴がつくということが起こります。その水滴が液滴群となり、管内の気流で流されて飞散し、管の壁やセンサーに当たってそれらがダメージを受けるというようなことになるのです。こうした管内気流を受けて飞散する液滴の挙动には不明な点が多いため、その挙动のメカニズムをシミュレーションで明らかにしようとしています。
また、エンジン内で上下运动をするピストン冷却系という机构でも同様の研究をおこなっています。高出力スポーツ车用のエンジンなどには、ピストン自体にオイル循环路を设けた「クーリングチャンネル」というものに、ノズルから喷出したオイルジェットが流入してピストンを冷却するものですが、冷却効率を上げるにはジェットの挙动をうまく制御する必要があります。しかし、その际にネックになるのが、ノズルがエンジンの构造上、曲がっていることです。様々な运転条件で曲がりノズルから喷射されるジェットの挙动を制御し、チャンネルにうまく流入させるために、ノズル内でどの様にオイルが流れてノズル出口から喷射され、液体のオイルと周りの空気が相互作用するかを、高速度カメラや笔滨痴を用いて计测?解析をしています。
最后に3つめです。エンジンシリンダ内は、ピストンの运动によって风が吹いており、その中にガソリンや軽油などの燃料が喷雾となって喷射され、喷雾が曲げられたり、排気バルブやシリンダ壁面に衝突した状态で燃焼が生じます。よって、燃料喷雾の挙动が気流がある时にどの様に変わるかを知る必要があり、喷雾の喷射圧力や雰囲気圧力?気流の速度などを変えられる実験装置を用いてさまざまな条件下での実験をおこない、环境によくない物质の排出（エミッション）を一层低减するための要素の一つとして、この研究を进めています。
いずれの研究でも、流体および热のエネルギーの损失をなるべく减らすためにはどうしたらいいのかということを追求しており、研究の际には、「何のための研究か」といった工学的観点と、「なぜそうなるのか」といった理学的観点を意识してテーマに向き合うようにしています。
醍醐味はこれまでにない知见を発见すること。成果を社会に还元していきたい。
私は讲义が终われば将棋に明け暮れているような学生でしたが、学部4年のときに「数値流体力学」の研究室に配属されたあたりから、研究者をめざすようになりました。自分で流体シミュレーションコードを书き、いろいろな结果が出せるようになったことで、流体力学がよりおもしろい学问と感じるようになったことが大きかったように思います。
さらに、研究を続けるなかで研究の楽しさを感じることも多々あります。例えば、これまでの知见ではよく分からない结果か出てきた际に、原因を探って、新しいあるいは発展性のある知见を见出せたとき。学生からさまざまなアイデアや议论が出てきた场合にも感心させられると共にいっそうの楽しさを覚えます。
一方で、私たちの研究は、研究室の学生や共同研究者をはじめとした多くの人に支えられているということに常に感谢しています。そして、真挚に研究に取り组んだ结果として得られた研究成果が社会に还元され、环境问题等の解决に贡献できることにつながれば、これほどの喜びはありません。
私たちの研究室には留学生も多く、インターナショナルな雰囲気のなか、日本人学生も賑やかにかつ悬命に研究に取り组んでいます。広岛大学の学生は、社会から高く评価され大いに期待されていますし、工学系の学生たちも卒业后は製造业に限らず、実にさまざまな分野で活跃しているということを、公司との共同研究を通じて実感しています。进路を考えている皆さん、ぜひ工学部にアプローチしてみてください。そして、皆さんの普段の生活に密着した「流体力学?流体工学」の研究に兴味が涌きましたら、ぜひこの研究室を访ねてきてください。
准教授
Yoichi Ogata
动力システム研究室
1998年3月 東京工業大学大学院 総合理工学研究科 修士課程修了
2000年4月～ 東京工業大学大学院 理工学研究科 助手
2005年7月 東京工業大学大学院 総合理工学研究科 博士課程修了（理学）
2007年4月～ 広島大学大学院 工学研究科 准教授
2020年4月～ 広島大学学術院（先進理工系科学研究科） 准教授
