研究紹介

研究概要

低環境負荷な流体機器および輸送機関に向けた研究を行っている．機器の省エネルギー化, 低騒音化に向けた力学現象の解明および流体制御，排熱や騒音エネルギーの有効活用 (エネルギーハーベスト)，効果的なCO2回収技術の構築を目指している．流体, 音, 熱, 電気, 構造振動などが相互に関係するマルチスケールな融合的研究を実験および数値解析から進めている.

略歴

2010年東京大学大学院工学系研究科博士後期課程にて，キャビティ音に関する研究で博士 (工学) 取得. その後，豊橋技術科学大学にて2010年より助教, 准教授を務め, 2023年同大学教授. Southampton大学 (英) に2015年より1年間留学. 東京大学リサーチフェロー兼務. 2019年文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞.

主な研究テーマ

以下の課題に対して，大規模解析と実験両方を実施し，力学現象の解明と技術開発に取り組んでいる.

1. ファン・圧縮機など流体機械や高速輸送機関における高い空力特性や低騒音化を目的とした研究 ．特に流体と音が連成する共鳴現象に着目.
2. プラズマアクチュエータなどの電気的な流体制御による流体・音響関連機器の高性能化, 発生音・振動の抑制．
3. 騒音エネルギーにより駆動される熱音響ヒートポンプの開発．排熱を利用した熱音響エンジンに関する研究．
4. 音波を利用した効果的なCO2回収技術の開発. 得られたCO2を利用可能な藻を生成するバイオリアクターの開発.
5. 空力音響現象を直接的に高精度に予測可能なプログラム開発．電気, 熱, 構造振動などの現象も解析可能．楽器内部の流れ場・音場の予測にも利用．

キーワード

流体機械, 輸送機関, 省エネルギー, 空力音, CO2回収, エネルギーハーベスト, キャビティ, ファン, プラズマアクチュエータ

主な発表論文

1. H. Yokoyama, Y. Omori, M. Kume, M. Nishikawara, H. Yanada, Simulation of thermoacoustic heat pump effects driven by acoustic radiation in a cavity flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, 185, 122424, pp.1-17, 2022
2. H. Yokoyama, K. Otsuka, K. Otake, M. Nishikawara, H. Yanada, Control of Cavity Flow with Acoustic Radiation by an Intermittently Driven Plasma Actuator, Physics of Fluids, 32(10),106104, pp.1-20, 2020
3. H. Yokoyama, K. Minowa, K. Orito, M. Nishikawara, H. Yanada, Compressible Simulation of Flow and Sound around a Small Axial-Flow Fan with Flow through Casing Slits, Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 142(10), 101215, pp.1-10, 2020
4. H.Yokoyama H, A. Miki, H. Onitsuka, A. Iida, Direct numerical simulation of fluid-acoustic interactions in a recorder with tone holes, Journal of the Acoustical Society of America, 138(2), pp.858-873,2015
5. H. Yokoyama, K. Kitamiya, A. Iida, Flows around a cascade of flat plates with acoustic resonance, Physics of Fluids, 25(10), 106104-1-106104-22, 2013
6. H. Yokoyama, C. Kato, Fluid-acoustic interactions in self-sustained oscillations in turbulent cavity flows. I. Fluid-dynamic oscillations, Physics of Fluids, 21(10), 105103-1-105103-13, 2009

解説・著書

1. 遮音・吸音材料の開発、評価と騒音低減技術, 技術情報協会, 2018年7月
2. 機械の研究, バイオリアクタ用撹拌器の開発, 養賢堂, 2016年5月
3. 音響キーワードブック, 流体騒音, コロナ社, 2016年3月

テーマ1：空力音の発生機構の解明と制御

概要

主な業績

1. H. Yokoyama, K. Minowa, K. Orito, M. Nishikawara, H. Yanada, Compressible Simulation of Flow and Sound around a Small Axial-Flow Fan with Flow through Casing Slits, Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 142(10), 101215, pp.1-10, 2020
2. 横山博史，篠原大志，中島崇宏，宮澤真史，飯田明由, 層流境界層中におかれた折れ部を上流に有する曲面端部から生じるフィードバック音の直接計算, 日本機械学会論文集, 81(826) 1-15 2015
3. 横山博史, 飯田明由, 低マッハ数の角柱周りの流れにおける空力音源, 日本機械学会論文集B編,79(799), pp. 344-355, 2013.
4. 横山博史, 加藤千幸, 乱流境界層内のキャビティ音発生におけるフィードバック機構（第1報,流体力学的振動), 日本機械学会論文集B編,75(760), pp. 2369-2378 (2009).【日本機械学会論文賞】
5. H. Yokoyama, Y. Tsukamoto, C. Kato, A. Iida, Self-Sustained Oscillations with Acoustic Feedback in Flow Over a Backward-Facing Step with a Small Upstream Step, Physics of Fluids19, 106104 (2007).

キーワード

テーマ2：流体音響に関連する融合的な力学現象の数値解析

概要

主な業績

1. H. Yokoyama, M. Kobayashi, A. Iida, Analysis of Flow and Acoustic Radiation in Reed Instruments by Compressible Flow Simulation, Acoustical Science and Technology, Vol.41, No.5, E1926, pp.739-750, 2020
2. Y. Tanaka, H. Yokoyama, A. Iida, Forced-oscillation control of sound radiated from the flow around a cascade of flat plates, Journal of Sound and Vibration, 431, pp.248-264, 2018
3. H. Yokoyama, A. Miki, H. Onitsuka, A. Iida, Direct numerical simulation of fluid-acoustic interactions in a recorder with tone holes, Journal of the Acoustical Society of America, 138(2) 858-873, 2015

キーワード

テーマ3：低環境負荷を目指した音響エネルギーの利用

概要

主な業績

1. H. Yokoyama, K. Yoza, M. Nishikawara, H. Yanada, Simulation of acoustic oscillatory flows around a curvature controlled by a plasma actuator, Applied Acoustics, 205, 109274, 2023
2. H. Yokoyama, Y. Omori, M. Kume, M. Nishikawara, H. Yanada, Simulation of thermoacoustic heat pump effects driven by acoustic radiation in a cavity flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, 185, 122424, pp.1-17, 2022
3. H. Yokoyama, Y. Hirose, A. Iida，Effective mixing and aeration in a bioreactor with Taylor vortex flow, Mechanical Engineering Letters, 2(16-00412) 1-9, 2016

キーワード

担当授業科目名(科目コード)

○流体力学
○機械創造実験
〇流体エネルギー変換
○数値流体力学
〇環境工学特論

その他（受賞、学会役員等）

受賞歴

1. 永井科学技術財団 第40回永井学術賞, 2023/3/2, 「熱音響ヒートポンプによる空力騒音のエネルギーハーベストに関する研究題目」
2. 文部科学省 文部科学大臣表彰 若手科学者賞, 2019/4/17, 「高精度直接解析による流れと音の連成現象を伴う空力音の研究」Press (pdf)
3. 自動車技術会 浅原賞学術奨励賞, 2018/5/24
4. 日本機械学会賞 (論文), 2012/4/20
5. 日本機械学会 奨励賞 (研究), 2011/4/21「流れと音の直接計算を用いたキャビティ音の発生機構の研究」

報道

1. エフエム豊橋「天伯之城 ギカダイ」, "プラズマアクチュエータを用いた流れや音の制御", August 2020 mp3
2. EurekAlert!, "プラズマを利用した空力騒音の低減", November 2020
3. エフエム豊橋「天伯之城 ギカダイ」, "なぜ楽器から音が出るのか？", February 2017 mp3
4. MONOist, "リコーダー内部の複雑な空気の流れを解析し、新しい楽器デザインへ", November 2015
5. New Scientist, "See how sound radiates around a recorder", February 2015
6. EurekAlert!, "Supercomputer simulations explore how an air-reed instrument generates air flow and sound", February 2015

学会活動

1. 2023- 日本流体力学会代議員
2. 2022- 日本機械学会 計算力学講演会 幹事
3. 2022- 自動車技術会中部支部幹事
4. 2019-2021 可視化情報学会 代議員
5. 2018-2021 日本流体力学会中部支部運営委員 (2021年度幹事)
6. 2018-2019 日本機械学会東海学生会顧問
7. 2017-2018 Experimental and Numerical Flow and Heat Transfer Scientific Committee member
8. 2017 日本機械学会 動力エネルギーシステム部門 動力・エネルギー技術シンポジウム実行委員
9. 2014-2017 日本機械学会流体工学部門 広報委員
10. 2012-2015 日本機械学会流体工学部門 運営委員
11. 2010-2014 可視化情報学会 可視化情報シンポジウム委員
12. 2010-2011 日本機械学会 東海支部総会・講演会 運営委員

競争的資金, プロジェクト

1. HPCIシステム利用研究課題, プラズマアクチュエータによる流体機械の制御に関する空力音響直接解析 (hp230012), 2023 (代表)
2. 文部科学省 「富岳」成果創出加速プログラム (hp200133, hp210174, hp220172, hp230210), 2020 - 2023 (分担)
3. 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(C), 熱音響エンジンによる音波を用いた高効率な二酸化炭素回収技術の創生 (Number:21K03874), 2021 - 2023 (代表)
4. 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(C), 音響学的フィードバック抑制に基づくプラズマアクチュエータによる空力音制御 (Number:17K06153), 2017 - 2019 (代表)
5. 文部科学省 科学研究費補助金 若手研究(B), 物体運動と連成させた振動平板まわりの空力音の直接計算, 研究期間: 2014年 - 2016年 (代表)
6. 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(B), 塗装型高速応答感圧塗料による移動物体周り非定常圧力場計測法の確立, 研究期間: 2013年 - 2015年 (分担)
7. 文部科学省 科学研究費補助金 若手研究(B), 高精度な空力騒音の数値予測に向けた真の音源の同定, 研究期間: 2012年 - 2013年 (代表)

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