2015 Fiscal Year Research-status Report
新しい定電流型熱線流速計の開発と超音速乱流混合場の解明と制御に関する研究
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15K06606
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
坂上 昇史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70244655)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新井 隆景 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10175945)
西岡 通男 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (60081444)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 / 超音速乱流 / 超音速混合遷移 / 熱線流速計 / 乱流境界層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，非定常流中の熱線の瞬間熱損失を計測できる新しい定電流型熱線回路を用いた超音速乱流混合場の混合定量計測法を開発・確立し，超音速乱流混合場を支配する混合遷移機構を解明して混合促進制御の鍵となる知見を得ることを主な目的とする．
本年度は，まず，新規に提案する定電流型熱線回路を高周波数帯域化し，超音速乱流境界層の質量流束分布の計測に適用した．その結果，平均分布についてはピトー管計測結果とよい一致が見られた．さらに，変動実効値分布についても定温度型熱線による計測結果とよく一致することが確認され，提案する瞬間熱損失が計測可能な定電流型熱線の超音速域での有用性が示された．また，超音速域では温度変動に対する熱線感度により，乱流混合場の計測は出来るだけ高い加熱度で行う必要があることを明らかにした．
混合計測においては，熱損失特性の異なる２本の熱線で同一点（と見なせる位置）を計測できる２線式プローブが必須である．そこで，通常用いる熱線（直径５ミクロンのタングステン線）に対してできるだけ熱損失特性の異なる熱線を選定するため，材質や直径の異なる熱線の熱損失特性を計測した．その結果，熱線の熱損失特性は，材質・寸法等によって変化し，特に直径によって容易に変化させることが可能であることを明らかにした．また，流速変化に対する熱損失の変化量は直径が太いほど大きいが，加熱度によるばらつきが大きくなること，所望の加熱状態に場合があることなどの問題点を確認した．
さらに，熱線流速計を用いて種々の境界層遷移について調べるとともに，乱流境界層の特徴について検討を行った．
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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
新しい定電流型熱線回路の開発については，高周波数帯域化を計るとともに，超音速乱流境界層の計測結果から，提案する瞬間熱損失に基づく熱線流速計の超音速域での有用性を確認できた．また，熱線の直径により熱損失特性を容易に変化させうることを確認し，混合計測において必須の２線式プローブ製作に必要な知見を得た．
以上のことにより，本研究は，おおむね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．熱線の熱損失特性は，材質・寸法等によって変化し，特に直径によって容易に変化させることが可能である．しかし，流速変化に対する熱損失の変化量は直径が太いほど大きいが，加熱度によるばらつきが大きくなること，所望の加熱状態に場合があることなどの問題点を確認しており，これらを改善する．
２．熱線を定電流動作させた場合，時定数計測から熱線固有の熱容量因子を評価する必要がある．熱容量因子は，熱線抵抗が温度の一次式で表されかつ熱線の比熱が温度に依存しない場合にはプローブ固有の定数と見なされる．しかし，種々の動作条件で計測した熱線時定数から熱容量因子を求めた結果，亜音速流域での熱容量因子は加熱度一定の条件では流速に依らずほぼ一定であり，流速一定の条件では加熱度の二次式で近似できることを確認している．超音速流の場合も亜音速流と同様の近似が可能であるか確認するため，種々のマッハ数の超音速流中で熱線時定数を計測し熱容量因子を評価する．
３．混合定量計測では，濃度と質量流束に対して熱線を校正する必要がある．濃度と質量流束に対する校正は，組成が既知である混合気体を用い，質量流束を変えて熱線の熱損失を計測する．なお，混合気体を有効に使用するため，流量を抑えるとともに計測時と同様の気流状態を再現できる小型の校正用風洞を製作する．
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| Causes of Carryover |
熱線計測では熱線の校正が重要であり，特に超音速域で質量流束と濃度に対する容易な校正法の確立が必要である．そのため校正用風洞の製作を計画していたが，これを次年度以降に変更したため，その製作費が未執行となっている．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
校正用風洞の製作費や超音速風洞の改修費等に充当する．
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