| Project/Area Number |
23K13265
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
出島 一仁 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (20846810)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 火炎・壁面間干渉 / MEMS / 計測技術 / イオンプローブ / 伝熱 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代燃焼器の開発へ向けて，火炎・壁面間干渉の原理解明が求められている．そこで本研究では，乱流燃焼場の壁面極近傍で生じる熱輸送・燃焼反応・流動の同時計測が可能なマルチセンシング技術を開発する．具体的には，MEMS技術を用いて測温抵抗体とイオンプローブを集積化した薄膜センサアレイを製作する．世界最高性能のセンサを開発することで，シミュレーションでも取り扱いが難しい火炎・壁面間干渉を直接捉えようとする研究である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代燃焼器の開発へ向けて，火炎・壁面間干渉の原理解明が求められている．本研究では，MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて測温抵抗体とイオンプローブを集積化した薄膜センサアレイを製作することで，高い時空間分解能で壁面温度・熱流束および壁面近傍の火炎挙動を捉えるセンサを開発する．さらに，測定した熱流束の位相差から速度を推定することで，熱輸送・燃焼反応・流動の同時計測が可能なマルチセンシング技術の開発を目指す．
2023年度は，MEMS技術による薄膜イオンプローブの製作を行い，それによって得られるイオン電流と火炎挙動の関係や，イオンプローブのデザインの影響を調査した．ここでは大気圧下での層流燃焼実験を行い，ハイスピードカメラによる可視光撮影にて火炎挙動を捉えることで，イオンプローブによる測定値との比較を行った．その結果，火炎が壁面から数百マイクロメートル程度の範囲に接近するとイオン電流を検出し始め，さらに壁面に近づくにつれてイオン電流が大きくなり，その後消炎に至るとイオン電流は減少することが確認された．ただし，ハイスピードカメラの撮影速度の不足から，壁面極近傍での火炎壁面間距離とイオン電流の関係を十分に明らかにすることができておらず，次年度の課題である．そのほかに，イオンプローブの電極間距離を広げると火炎検出距離が長くなることがわかった．この裏付けとして，簡単なシミュレーションにより電界強度分布を計算し，実験結果と矛盾しないことを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，MEMS技術を用いて薄膜イオンプローブと薄膜測温抵抗体を集積化したセンサを製作することに成功し，火炎・壁面間干渉におけるイオン電流と壁面熱流束の同時測定を実施することができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度はハイスピードカメラの撮影速度の不足から，壁面極近傍での火炎壁面間距離とイオン電流の関係を十分に明らかにすることができなかったため，高分解能な撮影を行って火炎・壁面間干渉とイオン電流の関係を調査する．また，計測データの検証として赤外線サーモグラフィとの同時測定を実施する．
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