信州大学工学部 機械システム工学科 流体エネルギーシステム研究室

研究室の取組

当研究室では，流体工学を基盤として，持続可能な社会の実現に貢献する研究に取り組んでいます． 特に，「創エネルギー」「省エネルギー」「地域エネルギーの利活用」をキーワードに，再生可能エネルギー分野，とくに水力発電用タービン（水車）の研究開発を中心に活動しています． 水車の基礎的な流体現象の解明から，設計・製作，模型試験，数値シミュレーション，さらには実際の発電所への導入・実証までを一貫して行い，研究成果を社会実装につなげることを重視しています．これらの研究は，学生と教員が一体となって進めています． 現在取り組んでいる主な研究テーマは以下のとおりです．

〇水力発電・水車の高性能化
1．クロスフロー水車の高性能化および耐キャビテーション特性の改善
2．部分負荷効率の大幅改善を目指したクロスフロー水車の流量制御機構の研究
3．クロスフロー水車の性能に与える吸出高さの影響評価
4．プロペラ水車における翼端渦キャビテーション抑制に関する研究
5．ターゴインパルス水車の性能特性に与える噴流条件の影響評価

〇水インフラ・騒音・流体現象の解明
6．上水道の高落差・小流量地点向け衝動タービンの開発
7．水中衝動タービンのノズルにおけるキャビテーションと騒音の関係評価

〇エネルギー貯蔵・新エネルギーシステム
8．長期エネルギー貯蔵と発電を目指すLP-CAESにおけるペルトン水車の特性評価

【在学生のみなさん】
ものづくりが好きで，コツコツと考え，試し，改善することを楽しめる人に向いている研究室です． 扱うテーマはすべて，社会課題（エネルギー，環境，インフラ）と強く結びついており，自分の研究が社会でどう役立つのかを意識しながら取り組めます． 研究では，設計・製作，実験，数値シミュレーション，実証試験などを幅広く経験します．そのため，流体工学だけでなく，材料，制御，計測，データ解析など，多様な知識と技術を身につけることができます． また，国内外の大学，企業，自治体との共同研究や学会発表にも積極的に参加でき，多くの経験を積むことができます．

【企業，自治体等の方】
　水車、ポンプ等の流体機械、水圧、空気圧機器等に関して、流動現象の見える化、性能改善を実験とシミュレーションから取り組んでいます。様々なテーマで産学官共同での研究を実施中です。何かございましたら右側の連絡先までお気軽にご相談ください。本ページ下部にアクセス情報（地図）があります。

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水車に関する研究　Fluid machinery，Eco-friendly hydraulic turbine, Torque converter

【クロスフロー水車】変落差変流量が大きな流込み式水力でも効率低下が小さく、構造が簡便な水車です。メンテナンス性・経済性に優れ、環境負荷も少ない。研究室内での模型試験（基礎実験）、コンピュータシミュレーション、発電所での実証試験、実用化（発電所への導入）まで幅広く実施しています。

【滝用水車】多様な小規模水力の形態の一つである、農業用水路等の極低落差に適用可能な発電用の小型水車です。水路壁面を利用して取り付けることができ、耕造が単純であるため、メンテナンス性・経済性に優れ、環境負荷も少ない。室内に設置した人工の滝による基礎実験、実証試験、実用化まで幅広く実施しています。

【浅速流用水車】浅流河川や”せき”開口部からの浅速流に適用可能な発電用の小型水車です。下掛けの衝動タイプであり，タービン下部のブレードのみが水没します。付帯設備がほとんど不要であり，設置時の環境負荷が小さいことが特長です。室内実験では、人工河川を利用して基礎実験を行っています。須坂市米子地区等での実証試験を実施しています。

【自動車用トルクコンバータの内部流れに関する研究】トルクコンバータは自動車の走行性能を大きく支配する重要な構成要素の一つです。その内部流動現象は複雑な3次元流れであり，実験的アプローチによる検討は極めて難しいです。そのため、数値流体力学（コンピュータシミュレーション）による流動現象の解明と流れ場の最適化に取り組んでいます。

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噴流現象の計測・制御　Jet flow phenomenon

【空力騒音の抑制】二次元噴流が、その中心線上に置いた「くさび」に衝突すると、噴流の中心線に対して直角方向に振動します。この現象（発振）は、作動流体が気体の場合には音響を伴うことから、エッジトーン発振現象として知られています。この発振現象は、騒音や振動、および金属疲労の原因となり、この現象の制御方法の確立は工学上重要です。本研究では、流れ場の速度測定や可視化計測により空力騒音の発生機構の解明を目指しています。

【自由噴流中の渦構造の解明】自由噴流では、せん断層がkelvin-Helmholtz 不安定性により波打ち、さらにロールアップすることで渦が形成します。この渦の挙動は噴流の流れ特性を支配しています。本研究では、せん断層に人工的な攪乱を導入することにより、大規模構造の発生を制御し混合拡散特性を変化させており、その際の流れ特性と噴流中の渦構造との関連を解明しようとしています。特に、LIF（レーザー誘起蛍光法）による可視化と、画像処理技術を組み合わせることにより、噴流中の三次元渦構造の詳細を捉えようとしています。

水圧、空気圧利用機器の開発 等　Fluid power system, Flow measurement & Control, Pneumatics, Water hydraulics

【空気旋回流を利用した非接触搬送装置】半導体ウェハやガラス基板などの製造過程において、安定した搬送能力を持つ非接触搬送方式の実現が望まれています。ここでは、空気旋回流の中心に生じる負圧を利用して被搬送物を非接触で把持するボルテックス・カップについて研究しています。空気を利用するため、熱や静電気が発生しないことも特徴です。吸引性能とカップ内の流動現象との関係に着目して、より安定した搬送性能の実現を目指しています。

【アクアドライブシステム（ADS）用アクティブチャージアキュムレータ（ACA）の開発】安心・安全・衛生が求められる製造ラインでは、水圧で機械を動かすADSの利用が進められています。単に油圧や空気圧を水に置き換えるという・ｭ想ではありません。水道配管網の圧力から油圧の圧力レベルまでをカバーする、新しい視点で水を利用して力を生み出す駆動システムです。ここではADSで使用する高効率圧力変換装置（ACA）の特性評価をおこなっています。

長野駅東口を出て、南へ徒歩約20分です。
バスは下の地図にある川中島バスと長野電鉄バスをご利用ください。
教員室はW３棟１階１０７室、実験室はW９棟（キャンパス北西端）の玄関を入って正面の部屋です。

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