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PSP/TSPのマイクロ・ナノデバイスへの適用

Research Project

Project/Area Number 15656049
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

新美 智秀  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70164522)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中山 浩  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40303656)
Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Keywords感圧塗料(PSP) / 感温塗料(TSP) / 高クヌッセン数流れ / 希薄気体流 / マイクロ・ナノデバイス / 圧力・温度計測 / リニア型エアロスパイクノズル / 分子数流束計測 / ガラス質ポリマー / パラジウム錯体ポルフィリン
Research Abstract

希薄気体流やマイクロ・ナノデバイスまわりの高クヌッセン数流れの解析には,分子レベルの計測法が要求される.分子の発光およびその消光作用を利用した感圧塗料(PSP)や感温塗料(TSP)による手法は高クヌッセン数流れの計測へ適用できる可能性を持つ.本年度は,前年度で構成した1Torr(133Pa)以下の低圧力域における圧力計測に最適なPSPを適用して,高クヌッセン数領域における気体流と固体表面の相互作用に関する解析を行った.
単段式完全再使用型宇宙往還機への搭載が有望視されているリニア型エアロスパイクノズルより噴出する高速流によるノズル壁面の圧力および温度計測をPSP/TSPの手法により行い,エアロスパイクノズルの性能を評価した.一例として,二次元流を仮定して設計されるリニア型エアロスパイクノズルに側壁を設置した場合の推力上昇の効果を確認するため,側壁付きノズルおよび側壁の無いノズルの両者において,スパイク面上の圧力分布をPSPにより測定し,両者の圧力分布の差異を調査した.その結果,側壁を設置することでスパイク面上の圧力が高くなり,推力上昇の効果が見込めることを明らかにした.
PSPは酸素気体が固体表面上に及ぼす圧力の計測を目的として開発されたものであるが,PSPは固体表面に入射する酸素分子による発光分子の消光作用に基づいているため,PSPの発光強度は固体表面に入射する酸素分子数流束に依存している可能性がある.単位時間および単位面積あたりの表面上に作用する分子の運動量流束である圧力は分子数流束および速度の両者に依存するが,クヌッセン数の高い領域では固体表面近傍における流体の巨視的速度は0とならないため,分子数流束と圧力が必ずしも一対一で対応しない.本研究では,PSPの発光強度と分子数流束の関係を明らかにし,高クヌッセン数領域で重要となる分子数流束の計測法としてPSPが有用であることを示した.

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (6 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] 超音速自由分子流における非ボルツマン回転エネルギー分布の実験的解析2005

    • Author(s)
      森英男, 新美智秀, 秋山勇雄, 都築巧
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(B編) 71, 702

      Pages: 436-441

    • NAID

      110005051421

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Application of PSP to surface pressure measurement in high Knudsen number flows2005

    • Author(s)
      H.Mori, T.Niimi, M.Hirako, Y.Oshima
    • Journal Title

      Rarefied Gas Dynamics (24^<th> International Symposium on Rarefied Gas Dynamics), AIP (to be published)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Molecular Number Flux Detection using Oxygen Sensitive Luminophore2005

    • Author(s)
      H.Mori, T.Niimi, M.Hirako, H.Uenishi
    • Journal Title

      Transport Phenomena in Micro and Nanodevices, Kona, Hawaii (to be published)

    • NAID

      120000979644

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 高クヌッセン数流れ中の表面圧力計測に適した感圧塗料の開発2004

    • Author(s)
      森英男, 新美智秀, 大島佑介, 平光円
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(B編) 70, 699

      Pages: 2721-2728

    • NAID

      110004999658

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 感圧塗料の低圧力域への応用2004

    • Author(s)
      森英男, 新美智秀, 大島佑介, 平光円
    • Journal Title

      流体熱工学研究 39,1

      Pages: 57-64

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] NO-LIF及び感圧塗料を用いたクラスター型リニアエアロスパイクノズル噴流の実験的解析2004

    • Author(s)
      谷口真潮, 森英男, 西平竜太郎, 新美智秀
    • Journal Title

      流体熱工学研究 39,1

      Pages: 49-56

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 森英男, 新美智秀, 丹羽健二, 秋山勇雄: "RBMPIによる超音速自由分子流における回転温度非平衡現象の解析に関する研究"日本機械学会論文集(B編). 69, 679. 623-629 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 新美智秀, 森英男, 岡部和毅, 政井佑介, 谷口真潮: "クラスター型リニアエアロスパイクノズル噴流の可視化と構造解析"日本航空宇宙学会論文集. 52, 605(掲載予定). 2004

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Mori, H., Niimi, T., Yoshida, M., Kondo, M., Oshima, Y.: "Application of PSP to low density gas flows"Journal of Visualization. 7, 1. 55-62 (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] T.Niimi et al.(8 authors): "Application of Pressure-Sensitive Paints to Low Pressure Range"Journal of Thermophysics and Heat Transfer. (To be published). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Mori, H.et al.(6 authors): "Application of PSP in Low Pressure Regime"ICIASF 2003 Record (20^<th> International Congress or Instrumentation in Aerospace Simulation Facilities), IEEE.. 357-362 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 森英男, 新美智秀, 近藤誠, 大島佑介, 平光円: "感圧塗料による低密度気体流と干渉する固体表面の二次元的圧力計測"可視化情報. Vol.23, Suppl.1. 153-156 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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