2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the phenomena and heat transfer characteristics in internal compressible microflows using advanced optical diagnostic methods
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16H04269
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
半田 太郎 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30284566)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 佑 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (20402513)
江上 泰広 愛知工業大学, 工学部, 教授 (80292283)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超音速流れ / マイクロ流れ / レーザー誘起蛍光法 / 圧縮生流れ / 不足膨張流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，ノズル高さの10倍の長さをもつ長いマイクロダクト内の超音速流れにレーザー誘起蛍光法を適用し，ダクト内部の流れの密度を計測した．なお，計測対象の流れのレイノルズ数が~3000で，流れは不足膨張状態である．得られた数値密度分布は当初予想していたものと異なる結果となり，一次元解析では不始動となる条件にも関わらず，実験結果では始動衝撃波に相当する垂直衝撃波や擬似衝撃波が観測されなかった．
また，三次元圧縮性ナビエ-ストークス方程式を支配方程式とした数値シミュレーションも実施した．その結果，本シミュレーション結果は実験結果と良く一致した．検証された数値シミュレーションコードを用いてダクト長さや圧力比を変えた様々な条件において超音速マイクロダクト流れの状態を調べた．その結果，圧力比を上げると比較的短い大きなダクト流れでは始動衝撃波が下流に移動する現象が見られるが，マイクロダクト流れにおいては始動衝撃波の移動が起こらないことが明らかになった．また，不足膨張状態においてダクトを長くするとある長さで始動衝撃波が現れ急激に流れは変化することが大きなダクト流れの場合には知られているが，超音速マイクロダクト流れではダクトを長くすると始動衝撃波は現れず，不足膨張状態であるにも関わらず超音速状態のまま少しずつ流れが変化することが明らかになった．すなわち，超音速マイクロダクト流れに特有な現象が本研究において明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予想していなかった，マイクロダクト流れに特有な現象が現れ，その現象について詳細に調べる必要があったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
超音速ノズルに接続したマイクロダクト流れだけでなく，先細ノズルに接続されたマイクロダクト流れの現象についても実験および数値シミュレーションで明らかにする．また，分子センサーを用いてマイクロダクト側壁面の温度分布を測定し，流れの熱伝達特性を明らかにする．
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