2024/10/18 更新

写真a

ウチヤマ トモミ
内山 知実
UCHIYAMA, Tomomi
所属
未来材料・システム研究所 材料創製部門 教授
大学院担当
大学院情報学研究科
職名
教授
連絡先
メールアドレス

学位 2

  1. 工学修士

  2. 博士(工学)

研究キーワード 6

  1. 混相流工学

  2. 流体工学

  3. 計算流体力学

  4. 計算流体力学

  5. 混相流工学

  6. 流体工学

研究分野 3

  1. その他 / その他  / 工学@機械工学@流体工学

  2. その他 / その他  / 複合領域@エネルギー学@エネルギー学一般

  3. その他 / その他  / 複合領域@情報科学@知能情報学

現在の研究課題とSDGs 1

  1. 小型水力発電装置の開発と社会実装

経歴 5

  1. 名古屋大学   未来材料・システム研究所 材料創製部門   教授

    2018年4月 - 現在

  2. 名古屋大学   未来材料・システム研究所 システム創成部門   教授

    2015年10月 - 2018年3月

  3. 名古屋大学   エコトピア科学研究所 グリーンシステム部門   教授

    2014年4月 - 2015年9月

  4. エコトピア科学研究所 教授

    2009年4月

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    国名:日本国

  5. エコトピア科学研究所 教授

    2009年4月

学歴 3

  1. 名古屋大学   工学研究科   機械工学

    - 1987年

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    国名: 日本国

  2. 名古屋大学   工学研究科   機械工学

    - 1987年

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    国名: 日本国

  3. 名古屋大学   工学部   機械工学

    - 1985年

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    国名: 日本国

所属学協会 8

  1. 日本機械学会

  2. 日本混相流学会

  3. 粉体工学会

  4. ターボ機械協会

  5. 粉体工学会

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受賞 8

  1. 日本計算数理工学会 論文賞

    2018年9月   日本計算数理工学会   熱流動解析に対する境界条件強制型Smoothed Profile-Lattice Boltzmann

    瀬田剛,内山知実,高野登

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  2. APT Dsitinguished Paper Award

    2011年5月   粉体工学会  

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    受賞国:日本国

  3. (財)ホソカワ粉体工学振興財団 研究奨励賞

    2007年1月   (財)ホソカワ粉体工学振興財団  

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    受賞国:日本国

  4. 日本混相流学会 論文賞

    2003年7月   日本混相流学会  

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  5. The Water Arbitration Prize

    2003年7月   The Institution of Mechanical Engineers  

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    受賞区分:国際学会・会議・シンポジウム等の賞 

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論文 297

  1. Air-water interface dynamics and energy transition in air of a sphere passed vertically upward through the interface

    Takamure, K; Uchiyama, T

    EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE   118 巻   2020年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Experimental Thermal and Fluid Science  

    The water exit problem is a fundamental problem in fluid dynamics, and the behavior of the air–water interface and the energy transition of an object exiting water have not been thoroughly investigated. In this study, a solid sphere with a density of 2.64×103kg/m3 and diameter of d=25.4 mm was launched vertically upward in water toward the air–water interface. The motion of the sphere and the behavior of the interface were investigated for varying submergence depths H from the launch position of the sphere to the interface. The launch velocity was set so that the Reynolds number immediately after the sphere passed the air–water interface was about 3000 for all cases of H. The kinetic and potential energies of the sphere and the energy lost because of the air–water interface (i.e., interfacial containing energy) were estimated based on the classical law of energy conservation. For H/d⩽3, the ratio between the kinetic energy immediately after passing through the air–water interface and the potential energy at the maximum displacement position decreases with increasing H, but this energy ratio takes a constant value of 0.57 for H/d⩾4. Additionally, for H/d⩾4, kinetic energy is transformed to potential energy and interfacial containing energy at a fixed ratio for each vertical position. The spreading characteristics of the water mass after the sphere has passed the air–water interface and the thickness and width of the interfacial water sheet when the top of the sphere reached the calm free surface were investigated by focusing on their relationship to the energy distribution. For H/d⩾4, where the energy ratio takes a constant value, the increase in the rate of spread of the water mass with increasing H/d is clearly smaller than that of H/d⩽4. Furthermore, for H/d⩾4, the ratio between the thickness and width of the interfacial water sheet is constant. In other words, in the region where the ratio between the kinetic energy of the sphere immediately after passing through the air–water interface and the potential energy at the maximum displacement position has a constant value, the shape of the interfacial water sheet is self-similar. These findings contribute to the determination of variable parameters when modeling the water exit problem.

    DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2020.110167

    Web of Science

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  2. Numerical simulations of the flow and performance of a hydraulic Savonius turbine by the vortex in cell method with volume penalization

    Uchiyama, T; Gu, Q; Degawa, T; Iio, S; Ikeda, T; Takamure, K

    RENEWABLE ENERGY   157 巻   頁: 482 - 490   2020年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Renewable Energy  

    This study is concerned with the numerical simulations of the flow and performance of a rotor of a hydraulic Savonius turbine. The flow was simulated using the vortex in cell (VIC) method in combination with the volume penalization (VP) method. The torque acting on the rotor was computed using a custom method, which can accurately calculate the fluid forces on solid bodies in flows simulated by the VIC-VP method, to analyze the rotational speed and power output of the rotor. The simulated flow around the rotating blades agreed qualitatively with the experimentally visualized flow, and the analyzed relation between the rotor's rotational speed and power output agreed with the experimentally measured relation. These demonstrate that the VIC-VP method in combined with the authors’ method for calculating fluid forces is applicable for the simulations of flow and performance of hydraulic Savonius turbines.

    DOI: 10.1016/j.renene.2020.05.001

    Web of Science

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  3. Energy transition in air of a sphere launched vertically upward in water

    Takamure K., Uchiyama T.

    OCEAN ENGINEERING   207 巻   2020年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Ocean Engineering  

    In a present experiment, a solid sphere with a density of 2.64 × 103 kg/m3 and diameter of 25.4 mm was launched vertically upward in water toward the air–water interface. The submergence depth was changed and the launch velocity was adjusted so that the Reynolds number of the sphere immediately after passing the air–water interface was almost equal at each submergence depth. The effects of the submergence depth on the motion of the sphere and behavior of the air–water interface were investigated, which indicated that the Reynolds number immediately after the sphere passed through the air–water interface was Re¯w1∼3000 at all submergence depths (1.0d≤H≤6.0d; d is the diameter of the sphere and H is the submergence depth). The experimental values of the maximum displacement position were always smaller than the theoretical values owing to the energy dispersion caused by the water droplets entrained around the sphere. When the submergence depth was H∕d<3, the higher the submergence depth, the smaller was the rise of the sphere after passing through the air–water interface. However, when the submergence depth was H∕d≥3, the temporal changes in the vertical trajectory of the sphere were approximately equal. The energy ratio Ep∕Ek was defined as the ratio of the kinetic energy Ek of the sphere immediately after it passed through the air–water interface to the potential energy Ep when the sphere reached the maximum displacement position. Ep∕Ek decreased when the submergence depth was H∕d<3; however, it had a constant value of Ep∕Ek∼0.57±0.05 when the submergence depth was H∕d≥3. In addition, when the submergence depth was H∕d≥3, the ratio of each energy (kinetic energy, potential energy, and interfacial energy) became similar immediately after passing through the water surface. This indicated that each energy distribution had reached the equilibrium state. These findings contribute to the determination of variable parameters when modeling the water exit problem.

    DOI: 10.1016/j.oceaneng.2020.107426

    Web of Science

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  4. Dynamics of impact cratering on granular bed by hydrogel sphere

    Matsuda, Y; Kamiya, R; Yamaguchi, H; Uchiyama, T

    PHYSICS OF FLUIDS   32 巻 ( 6 )   2020年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physics of Fluids  

    A lot of studies on the dynamics of a granular impact cratering by a liquid drop have been carried out. However, the results so far are controversial due to the complex impact dynamics of a liquid drop, such as deformation, splash, and penetration into the granular bed. In this study, we focused on the dynamics of the granular impact cratering by a hydrogel sphere, which deforms without splashing and penetrating. We investigated the maximal deformation time of the sphere and the lift-off time of the grains. Both the maximal deformation time and the lift-off time are similar to each other and depend on the -1/2 power of the Young's modulus of the hydrogel sphere. This power law of the maximum deformation time is the same as an impact of a gel sphere on a flat solid surface. The angle of the ejected curtain was evaluated. The angle is larger for the impact with small deformation of the sphere than that for the impact with large deformation, and the angle is less dependent on the free-fall height. We also investigated the distributions of the ejected grains using the grains dyed by a fluorescent dye. The distribution was visualized by the fluorescent images captured before and after the impact. At the crater rim, the number of the dyed grains flying to and away are balanced. The number of the dyed grains gathered at the dimensionless distance from the crater center of 1.15, where the distance is nondimensionalized by the crater radius, is the largest. This maximum value for the number of the gathered grains is larger for the impact with small deformation than that with large deformation. This result is consistent with the dependence of the impact mode on the angle of the ejected curtain.

    DOI: 10.1063/5.0011406

    Web of Science

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  5. Motion of a spherical particle in a microbubble plume and the behavior of microbubbles around the particle

    Uchiyama, T; Kawasaki, Y; Degawa, T; Takamure, K

    PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART C-JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING SCIENCE   234 巻 ( 7 ) 頁: 1340 - 1350   2020年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science  

    This study aims to investigate the motion of a solid spherical particle in a microbubble plume and the behavior of bubbles around the particle. Microbubbles (mean diameter 0.037 mm) released into a rectangular conduit by the electrolysis of water rise via buoyancy and form a bubble plume in the conduit. A solid spherical particle with a diameter of 10 mm and density of 1022 kg/m3 is placed on a mesh stretched across the cross-section near the bottom of the conduit, and microbubbles are then released from the cathode. Experiments are conducted with the bubble volumetric flux in the conduit j G at 0.05 and 0.09 mm/s. The particle repeatedly rises and falls when j G = 0.05 mm/s, and it rises almost vertically when j G = 0.09 mm/s. The absolute value of the vertical velocity of the particle is lower than that of the bubble. There is a belt-like region where the bubble velocity is extremely lower behind the particle. Such wake behind the particle clearly appears when the particle is falling, because the bubble velocity relative to the particle is higher.

    DOI: 10.1177/0954406219893000

    Web of Science

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書籍等出版物 4

  1. 有限要素法による計算流体力学 -解説編-

    内山知実( 担当: 単著)

    T&Mソリューションズ  2008年1月 

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    記述言語:日本語

  2. 有限要素法による計算流体力学 -プログラム編-

    内山知実( 担当: 単著)

    T&Mソリューションズ  2008年1月 

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    記述言語:日本語

  3. Javaによる連続体力学の有限要素法

    内山知実( 担当: 単著)

    森北出版  2001年11月 

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    記述言語:日本語

    本書は,有限要素法の基本的な考え方を説明するとともに.連続体力学が対象とする様々な解析.すなわち構造解析.流体解析,熱流体連成解析,構造流体連成解析への適用を通して具体的な手法(定式化,離散化,マトリクス計算など)を解説する.

  4. 情報メディア教育システムハンドブック

    ( 担当: 共著)

    昭晃堂  2001年4月 

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    記述言語:日本語

MISC 12

  1. Development of a propeller-type hollow micro-hydraulic turbine with excellent performance in passing foreign matter 査読有り

    Tomomi Uchiyama, Satoshi Honda, Tomohiro Degawa  

    Renewable Energy126 巻   頁: 545 - 551   2018年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier Ltd  

    This study develops a micro-hydraulic turbine with excellent performance in the passage of foreign matter included in the water flow. The runner has four blades, with a circular hollow around the rotating axis to pass foreign matter through the runner. The ratio of the hollow diameter D2 to the runner outer diameter D1, D2/D1, is defined as the hollow ratio ε. Laboratory experiments are conducted by introducing polyester fibers into the water flow as foreign matter. The turbine efficiency η decreases with increasing ε under the fiber-free condition. For the runner having no hollow (ε = 0), η decreases drastically with increasing the mass of the introduced fibers. This is due to the blockage of the runner by the fibers. But η for the runners provided with the hollow decreases less. This demonstrates that the hollow makes the fibers pass successfully through the runner. Additional experiments are conducted using the runner with ε = 0.25. The blade leading edges near the central axis are rounded with radius R. When R/D1 = 0.1875, the decrease in η due to the fibers is extremely small. The rounded leading edges successfully prevent the runner from catching the fibers, demonstrating that they effectively heighten the passage performance of foreign matter through the runner.

    DOI: 10.1016/j.renene.2018.03.083

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  2. Numerical simulation of jet issuing diagonally upward into density-stratified fluid in cylindrical tank 査読有り

    Degawa, T, Uchiyama, T, Aozasa, I, Ishikawa, A, Motoyama, K  

    J. Power and Energy Eng.6 巻 ( 3 ) 頁: 38-52   2018年

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)  

  3. Smoothed profile-lattice Boltzmann method for non-penetration and wetting boundary conditions in two and three dimensions 査読有り

    Takeshi Seta, Tomomi Uchiyama, Noboru Takano  

    COMPUTERS & FLUIDS159 巻   頁: 64 - 80   2017年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)   出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD  

    In this study, the smoothed profile-lattice Boltzmann method (SP-LBM) is proposed to determine the contact line dynamics on a hydrophobic or a hydrophilic curved wall. Two types of smoothed indicator functions are introduced, namely a function that identifies the solid domain for non-slip and non-penetration conditions and a function that denotes the boundary layer for no mass-flux and the wetting boundary conditions. In order to prevent fluid penetration into the solid boundary, the fluid-solid interaction force is computed based on the definition of the fluid velocity as proposed by Guo et al. [1]. In order to implement the Neumann boundary conditions for the order parameter and the chemical potential, the fluxes from the solid surfaces are distributed to relevant physical valuables through a smoothed profile. Several two-dimensional and three-dimensional numerical investigations including those determining the Couette flows, flow around a circular cylinder, transition layer on a wetting boundary, and dynamic behavior of a droplet on a flat or curved plate demonstrate the efficiency of the present method in calculating the contact angle of a droplet on curved surfaces with wall impermeability. The present model provides a simple algorithm to compute the surface normal vector and contact line dynamics on an arbitrarily shaped boundary by using a smoothed-profile. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.compfluid.2017.09.012

    Web of Science

  4. Behavior of a jet issuing diagonally upward into two-layer density-stratified fluid in a cylindrical tank 査読有り

    Degawa, T, Fukue, S, Uchiyama, T, Ishikawa, A, Motoyama, K  

    J. Flow Control, Measurement & Visualization5 巻   頁: 51-64   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)  

  5. Generation and transport of solid particle clusters using a vortex ring launched into water 査読有り

    Uchiyama, T, Yano, C, Degawa, T  

    Int. J. Chemical Engineering and Applications8 巻 ( 4 ) 頁: 253-260   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)  

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講演・口頭発表等 10

  1. 非圧縮性二流体モデルの有限要素解析(上流化法およびALE法の適用)

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

  2. 渦法による固気二相自由乱流の数値解析

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

  3. 固気二相自由乱流の渦法解析

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

  4. 渦法による固気二相自由乱流の数値シミュレーション

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

  5. 固気二相自由乱流の渦法シミュレーション

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

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科研費 20

  1. マイクロ水力発電の実用化に向けた高効率開放型クロスフロー水車の最適形状研究

    研究課題/研究課題番号:22K05000  2022年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    藤沢 延行, 山縣 貴幸, 飯尾 昭一郎, 内山 知実, 片山 雄介

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    担当区分:研究分担者 

    高効率なマイクロ水力発電システムを実用化することを目的として、除塵性、製造コスト、運転時の維持管理コストに優れた、開放型クロスフロー水車の高効率化研究を行う。本研究では、(1) VOF法と粒子法によるベンチマークテスト、 (2) ブレード形状の最適化、(3) 部分的ガイド壁の導入による隙間効果による高効率化、(4) 実験による水車性能と流れ場の検証を行い、総合的に水車の出力増大機構の解明を行う。

  2. 気液二相流の各相流量の同時測定のための電源自立型IoT流量計の開発

    研究課題/研究課題番号:21K03852  2021年4月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    内山 知実, 高牟禮 光太郎

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    気液二相流の気液を分離することなく,各相の流量を同時に測定できる流量計を開発する.その実装性と運用性を高めるため,自己発電機能とインターネットとの無線通信機能を付与する.タービン流量計,水力発電,IoT,機械学習の知見を総動員した研究である.ロータ回転数を測定し,その時間変化の特徴量(尖度,歪度,標準偏差,平均値)をニューラルネットワークに入力して各相流量を測定(同定)する,新奇な電源自立型のIoT流量計である.
    円管の内部を気体と液体が混在して相互作用を及ぼし合いながら流れる気液二相流に対して,気体と液体のそれぞれの流量を同時に測定する方法を開発するため,タービン流量計を用いた実験的研究を実施した.
    まず,タービン流量計を設計し,外注した.ロータは4枚の羽根をもち,流体の流れで回転する.この回転が電力を創出する.研究代表者らが従来の研究で使用したものに微修正を加えた設計である.その後,装置が製作され,納品された.
    空気および水の体積流量をそれぞれQgおよびQlとし,空気体積流量比β=Qg/(Qg+Ql)と定義した.Qlが0.0005 から0.0018 m^3/sの条件において,βが0.1以下の場合について実験を実施した.すなわち,ロータの回転数の10秒間にわたる時間変化を測定し,その特徴量として尖度,歪度,標準偏差,平均を計算した.その結果,Qlの値に関わらず,βの値に応じた特徴量が出現することを確認できた.この成果は,本研究の最終目標の達成に向けた貴重な知見である.
    また,研究計画にはなかったが,タービン流量計の上流側と下流側の2か所で圧力を測定し,タービン流量計の差圧も求めた.この値も特徴量として有望であることが判明した.
    来年度以降の研究実施にむけて,貴重な知見が得られたからである.
    これまでの研究がおおむね順調に進んでいることから,当初予定通りの研究を進めていく.すなわち,特徴量から各相の流量を測定(同定)するニューラルネットワークを構築し,電源自立型IoT流量計の開発へと発展させていく.

  3. 雪氷に強い小型水車の開発を目的とした実証実験

    研究課題/研究課題番号:19K12433  2019年4月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    佐藤 栄一, 岡山 朋子, 池田 敏彦, 内山 知実

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    担当区分:研究分担者 

    研究の最終目標は、雪氷に強い出力1kW以下の小型水車を開発し実用化することであり、身近に存在する水路や小規模河川の水力エネルギー有効利用の拡大を図ることである。そこで本研究では、開発に適した実験用水路を特定し、実証実験により雪氷まじりの水流に対しても安定して発電可能な水車発電システムを開発することを目的とする。2019年度は、実証実験場所として特定した長野県信濃町の水路について詳細な観測を行う。2020年度は下掛け水車を設計・製作して水路に実装し、雪氷の有無による水車の性能評価を行う。また、排雪板による雪氷対策を検討する。2021年度は雪氷に強い小型水車の最適化と雪氷対策の改良を行う。
    本研究の目的は、雪氷塊が流下する水路でも安定して発電する水車を開発することである。下掛け水車を開発対象として選定し、豪雪地帯の農業用水路において実験を実施した。積雪期の性能評価実験では球形の雪玉を水車に向けて上流から流下させ、ロータ通過時の挙動や発電特性などを調べた。ロータの羽根枚数すなわち羽根間隔、雪玉の直径の影響を明らかにした。その結果、雪氷塊が流下する水路への実装性に優れた下掛け水車に関するいくつかの設計指針を獲得できた。
    全国の農業用水路には水力エネルギーが豊富に賦存する。とくに豊富な水路は降雪量が多い、いわゆる雪国にあり、冬期には水路を雪氷塊が流下する。よって全国の水路の水力エネルギーを通年で最大限利用するには、雪氷塊を含む水流に対しても安定して稼働する小型水車を開発・実用化することは意義深い。また、中山間地では現在も電力が確保できず、防災対策や農作物などの鳥獣被害対策が十分に実施されていない地域も存在する。年間を通じて安定した電源が確保できれば、再生可能エネルギーの有効利用の意義と重要性を啓発することができ、地域活性化にもつながる。

  4. 渦輪による気泡塊の創成と輸送に関する研究

    2018年4月 - 現在

    科学研究費補助金  基盤研究(C)

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    担当区分:研究代表者 

  5. 渦輪による気泡塊の創成と輸送に関する研究

    2018年4月 - 現在

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:競争的資金

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産業財産権 7

  1. 流動情報通信装置

    内山知実

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    出願人:国立大学法人名古屋大学

    出願番号:2018-129481  出願日:2018年7月

    出願国:国内  

  2. 小型水力発電装置

    内山知実

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    出願人:名古屋大学

    出願番号:2017-043135  出願日:2017年3月

    出願国:国内  

  3. 中空羽根車およびそれを用いた発電装置

    内山知実,井手由紀雄

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    出願人:内山知実,井手由紀雄

    出願番号:特願2013-081716  出願日:2013年4月

    出願国:国内  

  4. グリッドフリー手法を用いた固気二相流シミュレーションプログラム及びそれを記憶した記憶媒体ならびに固気二相流シミュレーション装置

    内山知実

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    出願人:内山知実

    出願番号:特願2008-030193  出願日:2008年2月

    出願国:国内  

  5. 気泡流の解析方法,気泡流シミュレーションプログラムおよびそれを記憶した記憶媒体ならびに気泡流シミュレーション装置

    内山知実,出川智啓

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    出願人:国立大学法人名古屋大学

    出願番号:特願2004-272011  出願日:2004年9月

    特許番号/登録番号:特許第4032123号  登録日:2007年11月 

    出願国:国内  

    液相中に微小な気泡が存在し,相互作用を及ぼし合いながら流れる気泡流に対する,解析方法,シミュレーションプログラム,記憶媒体およびシミュレーション装置を発明した.

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担当経験のある科目 (本学) 1

  1. 情報リテラシー(文系)

    2011

担当経験のある科目 (本学以外) 2

  1. 計算流体工学

    2008年4月 - 2009年3月 名城大学)

  2. 計算流体工学

    2007年4月 - 2008年3月 名城大学)