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横山 博史(よこやま ひろし)

所属 機械工学系
兼務
職名 准教授
専門分野 流体力学,空力音響学,数値流体力学,乱流工学
学位 博士 (工学)(東京大学)
所属学会 日本機械学会, 自動車技術会, 可視化情報学会, 日本流体力学会,The American Institute of Aeronautics and Astronautics
E-mail h-yokoyama@me
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室web http://ec.me.tut.ac.jp/
研究者情報リンク 研究者情報

研究紹介

研究概要

 流体機械や高速車両まわりの流れから発生する空力騒音の発生機構の解明および低減手法の確立に向けた研究を実施している. 特に, 流れと音が相互に作用しあうようなフィードバック音・共鳴音に関して直接計算および風洞実験を用いた研究を実施している. 近年では, プラズマアクチュエータを用いた空力音の制御, 楽器からの音の発生機構の解明やバイオリアクター用攪拌機の開発にも取り組んでいる. 直接計算を用いたキャビティ音に関する研究により学位(東京大学 博士(工学))を取得.

主な研究テーマ

  1. 高速輸送機関や流体機器から発生する空力騒音に関する研究
  2. 楽器からの音の発生機構に関する研究
  3. 持続可能なエネルギー機器(バイオリアクター,熱音響)に関する研究

キーワード

 空力音, 流体騒音, 流体力学, 流れと音の直接計算・分離計算, 音響共鳴, 乱流, 数値流体力学 (CFD), フィードバック音, キャビティ音, ファン騒音, Bluff bodyまわりの流体音, 平板列まわりの共鳴音, プラズマアクチュエータ, バイオリアクター用攪拌機, 楽器, 自動車, 高速車両 

主な業績

  1. H. Yokoyama, Yuu Hirose, Akiyoshi Iida, "Effective mixing and aeration in a bioreactor with Taylor vortex flow", Mechanical Engineering Letters, 2, 16-00412, pp.1-9, 2016
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. H. Yokoyama, Y. Tsukamoto, C. Kato, A. Iida, "Self-sustained oscillations with acoustic feedback in flows over a backward-facing step with a small upstream step", Physics of Fluids, 19(10), 106104-1-106104-8, 2007

Academic networks: researchmap Google scholar ResearchGate ORCiD Scopus

解説・著書

  1. 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
  2. 音響キーワードブック, 流体騒音, コロナ社, 2016年3月
  3. 音響・騒音(7.流体工学,<特集>機械工学年鑑), 日本機械学會誌 117(1149), pp.523-523, 2014年8月

テーマ1:高速輸送機関や流体機器から発生する空力騒音

概要
平板列まわりの流れにおける音場

 飛行機・高速車両・自動車などの輸送機関やファンなどの流体機器からは渦の変形などの流れの非定常現象により空力騒音が発生する.こうした空力騒音の発生機構の解明および低減手法の確立を目指し,風洞実験および流れと音の直接計算を両輪とし,研究を行っている.現在は特に,高速車両の車両車間部や自動車のサンルーフで問題となるキャビティ音などのフィードバック音や,ファン騒音,自動車のグリル・ドアミラー騒音に関して研究を行っている.現在行っている流体と音の直接計算を,より大規模な計算が可能となるように開発を進めている.また,自動車の車内音などを対象として,構造振動との連成を伴う空力騒音に関する数値解析手法についても開発を進めている.
 また, 空力騒音の音源の同定手法にも取り組んでおり, 角柱などの柱状物体から発生する音に関して, 角柱のごく近傍の渦構造が音源となっていることがわかっている。このように音源がわかることで, 空力騒音の制御にも有用な知見が得られている. さらに, 流れの計算と音響計算を別べつに行う分離計算と呼ばれる手法にも取り組んでおり, こうした手法を用いることで, 空力騒音の予測にかかる計算コストを低く抑えることが可能となる.

主な業績
  1. 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
  2. Hiroshi Yokoyama, Ryo Adachi, Taiki Minato, Hiroshi Odawara, Hideo Morishima and AkiyoshiIida, "Control of Cavity Tone by Spanwise Aligned Jets in Upstream Boundary Layer", European Drag Reduction and Flow Control Meeting 2015, (March, 2015)
  3. Hiroshi Yokoyama, Takahiro Nakajima, Taishi Shinohara, Masashi Miyazawa, and Akiyoshi Iida,"Aerodynamic noise produced in flow around an auto-mobile bonnet", inter-noise 2014,Melbourne, Australia, (Novenber 17,2014).
  4. Hiroshi Yokoyama, Katsuya Kitamiya, Hiroki Yamamoto, and Akiyoshi Iida, "Effects of distance between plates on flows around a cascade of flat plates with acoustic resonance", AIAA-2014-3197, Atlanta, 20th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 2014
  5. Hiroshi Yokoyama, Katsuya Kitamiya, and Akiyoshi Iida, "Flows around a cascade of flat plates with acoustics resonance", Physics of Fluids, 25(10), 106104, 2013.
  6. HiroshiYokoyama, Makoto Kusumoto, Akiyoshi Iida, "Control of Noise from a Cascade of Flat Plates by using DBD Plasma Actuators", Inter-Noise 2013,Paper 1093, Innsbruck, Austria,(September, 2013).
  7. 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.
  8. Hiroshi Yokoyama and Akiyoshi Iida, "ACOUSTIC RADIATION IN A UNIFORM FLOW AROUND A TWO-DIMENSIONAL CYLINDER AT LOW REYNOLDS NUMBER", The 19th International Congress on Sound and Vibration, Vilnius, Lithuania, 2012, 7
  9. Hiroshi Yokoyamaand Akiyoshi Iida, "Acoustic Radiation from Flows around a Cascade of Flat Plates", Korea-Japan CFD workshop 2012, Busan, Korea, 2012, 11
  10. 寺尾啓太郎, 横山博史, 大峠祐介, 飯田明由, "キャビティ音発生機構に基づいた新たな周波数予測式の提案", 日本機械学会論文集B編, 77 (779), pp. 1522-1532 (2011).
  11. Hiroshi Yokoyama and Chisachi Kato, "Fluid-Acoustic Interactions in Acoustic Radiation in Turbulent Cavity Flows (Fluid-Dynamic Oscillations)", Journal of Environment and Engineering, 6 (1), (2011).
  12. 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2報,流体共鳴振動),日本機械学会論文集B編76(765), (2010).
  13. Hiroshi Yokoyama and Chisachi Kato, "Fluid-acoustic interactions in self-sustained oscillations in turbulent cavity flows. I. Fluid-dynamic oscillations", Physics of Fluids 21, 105103 (2009).
  14. Hiroshi Yokoyama, Yuichi Tsukamoto, Chisachi Kato and Akiyoshi Iida, "Self-Sustained Oscillations with Acoustic Feedback in Flow Over a Backward-Facing Step with a Small Upstream Step, Physics of Fluids19, 106104 (2007).
  15. 飯田明由,小久保あゆみ,塚本裕一,本田拓,横山博史,貴島敬,加藤千幸, "ドアミラーから放射される空力・音響フィードバック音の発生条件",日本機械学会論文集B編73(732), 1637-1646(2007).

キーワード

空力騒音, 直接計算, フィードバック音, 風洞実験

テーマ2:楽器からの音の発生機構に関する研究

概要
楽器から発生する音の可視化

 吹奏楽器開発・設計において吹奏感(吹奏時の圧力抵抗感)などの製品性能を更に良くしたいニーズがある. 本研究では, 音の発生や伝播機構を明らかにすることを目的として, 流れと音の直接計算を行っている. さらに, 楽器形状が音に及ぼす影響にも着目し, こうした研究成果はより吹きやすい楽器の設計に寄与する.
○リコーダーまわりの流れおよび音の直接数値計算
○VP法を用いた流れと音の直接計算
○楽器形状が音に及ぼす影響
○リード楽器まわりの流れ場および音の数値計算による予測手法
○振動平板まわりの流れ場および音の測定実験
○振動平板まわりの流れ場および音の直接計算

主な業績
  1. Hiroshi Yokoyama, "DIRECT AEROACOUSTIC SIMULATION RELATED WITH MODE CHANGE IN A RECORDER", Proceedings of ECCOMAS, 2016
  2. Yokoyama H, Miki A, Onitsuka H, Iida A, "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
  3. 小林正樹,横山博史, 飯田明由, "音孔を有するリコーダー周りの流体音に関する直接計算", ながれ,33(2),pp. 125-131, 2014
  4. Hiroshi Yokoyama, Masaki Kobayashi, Hirofumi Onitsuka, Akira Miki, Akiyoshi iida, "Direct numerical simulation of flow and acoustic fields around an air-reed instrument with tone holes",inter-noise 2014, Melbourne, Australia, (Novenber 17,2014).

キーワード

楽器, 空力音響直接計算

テーマ3:持続可能なエネルギー機器(バイオリアクター,熱音響)に関する研究

概要
バイオリアクター用二重円筒型攪拌機

バイオリアクター用装置として,局所的せん断応力が低く, 高効率な攪拌機が望まれる.本研究では, 内円筒にフィンを有する回転二重円筒型攪拌機を考案し, 藻の培養実験とともに内部流れの可視化実験・数値計算を実施している. 特にCO2気泡流と藻の培養速度との関係を明らかにする.
○二重円筒内流れの数値計算
○CO2気泡の挙動の数値予測
○二重円筒型攪拌機におけるフィンの役割
○CO2気泡注入方法および撹拌条件が気泡挙動に及ぼす影響
○CO2気泡注入や撹拌の条件を変化させた藻の培養実験(EIIRISの装置を使用)

また,熱音響機器(エンジン・冷凍機)に関する研究も行っている.

主な業績
  1. Hiroshi YOKOYAMA, Yuu HIROSE, Akiyoshi IIDA,"Effective mixing and aeration in a bioreactor with Taylor vortex flow", Mechanical Engineering Letters, 2(16-00412) 1-9, 2016
  2. 横山博史, バイオリアクタ用撹拌機の開発,機械の研究 68(6) 470-476, 2016
  3. Subhan Ullah, Hiroshi Yokoyama, Akiyoshi Iida, Design and Fabrication of Two Stage Thermoacoustic Engine to Reduce the Onset Temperature,Proceedings of ECTE2016, 2016

キーワード

バイオリアクター, 撹拌機, 二重円筒, 気泡流, 熱音響機器

担当授業科目名(科目コード)

○設計・製図I
○CAD/CAM/CAE演習
○機械創造実験
○物理実験・工学基礎実験
○機械工学実験
○機械情報処理実習
○プロジェクト研究

その他(受賞、学会役員等)

受賞歴

  1. 日本機械学会賞 (論文), 2012/4/20
  2. 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」
  3. 自動車技術会 ベスト・ペーパー賞, 2007/3「ドアミラーから発生する異音周波数の予測」

報道

  1. ヴァイナス プレスリリース, 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, Nov., 2015
  2. New Scientist, "See how sound radiates around a recorder", February, 2015
  3. EurekAlert!, "Supercomputer simulations explore how an air-reed instrument generates air flow and sound"
  4. iSGTW (international science grid this week), "Simulating sound with supercomputers could lead todevelopment of easy-to-play musical instruments",March 18, 2015"
  5. The Visualization Society of Japan, "今月のFlash", July, 2010 "

学会活動

  1. 2014年4月 - 現在 日本機械学会流体工学部門 広報委員
  2. 2012年4月 - 2015年3月 日本機械学会流体工学部門 運営委員
  3. 2010年4月 - 2014年7月 可視化情報学会 可視化情報シンポジウム委員

競争的資金

  1. 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)
  2. 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)
  3. 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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