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ホーム > 学部・大学院 > 教員紹介 > 機械工学系 > 横山 博史(よこやま ひろし)

横山 博史(よこやま ひろし)

所属 機械工学系
兼務 情報メディア基盤センター
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, AIAA (アメリカ航空宇宙学会)
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

 流体機器および自動車や高速車両の高機能化(省エネ化, 低騒音化)および楽器からの発音機構に関連する研究を実施している. 特に, 流体, 音響, 熱, 電気などの複合する現象・課題に興味がある. キャビティ音の直接計算に関する研究で東京大学博士 (工学) を取得. Southampton大学 (イギリス) に2015-2016年留学. 2010年より豊橋技科学大学 機械工学系の教員(東京大学生産技術研究所協力研究員兼務)として勤めている.

主な研究テーマ

  1. 省エネルギーを目的とし, 音波のエネルギー機器における有効利用を目指し, 熱音響機器や攪拌装置に関する研究に取り組んでいる. 藻の効率的な生成のためのバイオリアクターの開発も行っている.
  2. 空力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, 風洞実験・大規模なスパコンを用いた計算の両側面から実施している. 特にキャビティと呼ばれる溝部から発生する音や最近ではファン騒音の研究を行っている.
  3. プラズマアクチュエータなど電気的エネルギーを用いた流れ場・空力音の制御に取り組む.
  4. リコーダーやクラリネットといった楽器からの音の発生機構を数値解析を基に明らかにするとともに, 楽器形状やリードの振動が音に及ぼす影響を明らかにし, 楽器開発の指針構築を目指す.

キーワード

空力音, 流体力学, 流れと音の直接計算, Aeroacoustics, 音響共鳴, 乱流, 数値流体力学, フィードバック音, キャビティ音, ファン, 平板列, プラズマアクチュエータ, バイオリアクター,攪拌装置, 楽器, 自動車, 高速車両 

主な業績

  1. 宮本孟宜, 横山博史, 飯田明由, "折れ部を有する曲面の端部から発生するフィードバック音のプラズマアクチュエータを用いた制御", 日本機械学会論文集, 2018
  2. H. Yokoyama, I. Tanimoto, A. Iida, "Experimental Tests and Aeroacoustic Simulations of the Control of Cavity Tone by Plasma Actuators", Applied Sciences, 7(8), 790, pp.1-15, 2017
  3. 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
  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
  7. 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

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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, 宮澤真史, 飯田明由, 折れ部を上流に有する曲面端部まわりの流れにおけるコヒーレンス解析によるフィードバック音発生機構の解明, 自動車技術会論文集, 48 (2), pp.485-490, 2017.【自動車技術会浅原賞学術奨励賞】
  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. H. Yokoyama, K. Kitamiya, H. Yamamoto, and A. 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
  4. H. Yokoyama, K. Kitamiya, and A. Iida, "Flows around a cascade of flat plates with acoustics resonance", Physics of Fluids, 25(10), 106104, 2013.
  5. 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.
  6. H. Yokoyama and A. Iida, "Acoustic Radiation from Flows around a Cascade of Flat Plates", Korea-Japan CFD workshop 2012, Busan, Korea, 2012, 11【invited】
  7. 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).
  8. H. Yokoyama and C. Kato, "Fluid-Acoustic Interactions in Acoustic Radiation in Turbulent Cavity Flows (Fluid-Dynamic Oscillations)", Journal of Environment and Engineering, 6 (1), (2011).
  9. 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).
  10. 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】
  11. H. Yokoyama and C. Kato, "Fluid-acoustic interactions in self-sustained oscillations in turbulent cavity flows. I. Fluid-dynamic oscillations", Physics of Fluids 21, 105103 (2009).【日本機械学会奨励賞】
  12. H. Yokoyama, Y. Tsukamoto, C. Kato and 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).
  13. 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:楽器などにおける流体・音響・振動の連成問題

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.

○エアリード楽器およびリード楽器まわりの流れおよび音の直接数値計算
○Volume Penalization法を用いた流れと音の直接計算手法の開発
○楽器形状やリードの振動形態が発声音に及ぼす影響に着目

主な業績
  1. M. Kobayashi, H. Yokoyama, A. Iida, "Direct numerical simulation of flow and acoustic fields around woodwind instruments with reed oscillations", Inter-Noise 2017, Hong Kong, China.
  2. H. Yokoyama, M. Akira, R. Hamasuna, H. Onitsuka, and A. Iida, “Direct aeroacoustic simulations and measurements of flow and acoustic fields around a recorder with tone holes”, The fifth joint ASA/ASJ meeting, 2016. 【invited】
  3. H. Yokoyama, "Direct aeroacoustic simulation related with mode change in a recorder", Proceedings of ECCOMAS, 2016
  4. 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
  5. 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
  6. H. Yokoyama, M. Kobayashi, H. Onitsuka, A. Miki, A. iida, "Direct numerical simulation of flow and acoustic fields around an air-reed instrument with tone holes",inter-noise 2014, Melbourne, Australia, (November 17,2014).

キーワード

楽器, 空力音響直接計算, エアリード楽器,リード楽器, Volume penalization, 埋め込み境界法

テーマ3:省エネルギーを目的とした研究(熱音響現象,攪拌装置,ファン,流体制御)

概要
数値計算によるファンまわりの流れ場の予測

 省エネルギーを目的として,廃熱・音響エネルギーの有効利用を目指いした熱音響機器,バイオリアクターなどの攪拌装置,ファンなどの流体機器について研究を行う.

〇流体・音響の不安定性により自励的に発生するキャビティ音を利用したヒートポンプ効果を生じる熱音響現象に関して,音響加振実験および流れと音の直接計算を行い,明らかにする.
〇バイオリアクターなどの培養装置として,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.
〇ファンにおいては,静粛性と高効率の両立を目的としたファンの開発を行う
〇革新的・高機能な流体機器の開発を目指し,プラズマアクチュエータなどを用いた流体の制御手法について開発を進めている.

主な業績
  1. 蓑和克武,横山博史,板垣来翼, 飯田明由, "ファン騒音にケーシングのスリット構造が及ぼす影響に関する直接計算"一般社団法人ターボ機械協会 第79回 総会講演会
  2. 宮本孟宜, 横山博史, 飯田明由,"折れ部を有する曲面の端部から発生するフィードバック音のプラズマアクチュエータを用いた制御", 日本機械学会論文集, 2018
  3. R. Itagaki, K. Minowa, H. Yokoyama, A. Iida, Effects of slits of casing on aeroacoustic noise radiated from an axial fan, International Congress on Sound and Vibration, 2018.
  4. H. Yokoyama, I. Tanimoto, A. Iida,"Experimental Tests and Aeroacoustic Simulations of the Control of Cavity Tone by Plasma Actuators", Appl. Sci. 2017, 7(8), 790, pp.1-15; doi:10.3390/app7080790.(The figures of this paper was on cover page of this issue)Link (open access)
  5. H. Yokoyama, R. Adachi, T. Minato, A. Iida,"Experimental and Numerical Investigations on Control Methods of Cavity Tone by Blowing Jet in an Upstream Boundary Layer", SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst. 10(3):2017, pp.13-21. doi:10.4271/2017-01-1786.
  6. T. Miyamoto, H. Yokoyama, A. Iida,"Suppression of Aerodynamic Tonal Noise from an Automobile Bonnet Using a Plasma Actuator", SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst. 10(3):2017, pp.22-30. doi:10.4271/2017-01-1825.
  7. 楠本誠, 横山博史, David ANGLAND,飯田明由, プラズマアクチュエータによる平板列から発生する空力騒音の制御 Control of aerodynamic noise from cascade of flat plates by plasma actuators, 日本機械学会論文集, 83 (847), 16-00364-1-16-00364-16, 2017. DOI:10.1299/transjsme.16-00364. J-STAGE
  8. 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
  9. 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
  10. S. Ullah, H. Yokoyama, A. Iida, Design and Fabrication of Two Stage Thermoacoustic Engine to Reduce the Onset Temperature,Proceedings of ECTE2016, 2016
  11. H. Yokoyama, R. Adachi, T. Minato, H. Odawara, H. Morishima and A. Iida, "Control of Cavity Tone by Spanwise Aligned Jets in Upstream Boundary Layer", European Drag Reduction and Flow Control Meeting 2015, (March, 2015)

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,ファン,流体制御

担当授業科目名(科目コード)

○流体力学 (B11620110)
○CAD/CAM/CAE演習 (B11630030)
○機械創造実験 (B11610103)
○数値流体力学 (M21624170)

その他(受賞、学会役員等)

受賞歴

  1. 自動車技術会 浅原賞学術奨励賞, 2018/5/24
  2. 日本機械学会賞 (論文), 2012/4/20
  3. 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」
  4. 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. Selection of cover page on issue of Applied Sciences, August, 2017. Link (open access)
  2. 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
  3. 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
  4. New Scientist, "See how sound radiates around a recorder", February 2015
  5. EurekAlert!, "Supercomputer simulations explore how an air-reed instrument generates air flow and sound", February 2015
  6. iSGTW (international science grid this week), "Simulating sound with supercomputers could lead to development of easy-to-play musical instruments", March 2015"
  7. The Visualization Society of Japan, "今月のFlash", July 2010

学会活動

  1. 2018- 流体力学会中部支部運営委員
  2. 2018- 日本機械学会東海学生会顧問
  3. 2017-2018 Experimental and Numerical Flow and Heat Transfer Scientific Committee member
  4. 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
  5. 2014年4月 - 2017年3月 日本機械学会流体工学部門 広報委員
  6. 2012年4月 - 2015年3月 日本機械学会流体工学部門 運営委員
  7. 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
  8. 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

  1. 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 - 2020 (代表)
  2. 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)
  3. 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)
  4. 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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