2016 Fiscal Year Research-status Report
赤外線高速イメージング定量測定法による円管内脈動流の伝熱機構解明
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16K06142
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
中村 元 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, システム工学群, 教授 (80531996)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 俊輔 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, システム工学群, 講師 (90516220)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | 対流 / 伝熱促進 / 赤外線カメラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
管内流の伝熱促進（あるいは抑制）を目的として，円管内流に矩形波状の脈動を与えた実験を行った．伝熱測定には申請者が開発した赤外線高速イメージング定量測定法を用いた．当該年度に実施した具体的内容を以下に示す．
１．伝熱模型の製作：伝熱面にチタン箔を用いた伝熱模型を製作した．基本的には既報の模型と同様の構造としたが，流れの脈動に伴う圧力変動により伝熱面が変形しやすかったため，チタン箔は既報のもの（厚さ20μm）より厚く（厚さ40μm）すると共に，測定部（チタン箔のみで構成されている部分）の面積を小さくした．
２．流動と伝熱の同時測定システム構築：電磁弁の動作，流動変動の測定（電磁流量計，熱膜流速計，微差圧計の出力データ収集），および熱伝達変動の測定（赤外線カメラの動作および出力データ収集）をトリガ制御し，流動変動と伝熱変動を同時に測定するシステムを構築した．
３．流動と伝熱の同時測定：流れの脈動による流量変動，速度変動，熱伝達変動の同時計測が可能であることを確認した．また，乱流の状態から急減速すると伝熱促進されること，急加速時には乱流化されにくく伝熱抑制される傾向があることを今回新たに観測した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定していた「伝熱模型の製作」および「流動と伝熱の同時測定」を実施し，流れの急加速，急減速に伴う熱伝達率分布の時間変化を定量的に測定することが可能となった．ただし，流れの急減速時にウォーターハンマーによる大きな圧力変動が発生し，現有の微差圧計が正常に動作しなかったため，現状では圧力損失の評価ができていない．また，熱膜流速計により正確な速度変動を測定するには水温変動の補償が必要になるが，現状ではこの補償ができていない．これらの問題点は今後の研究において対処する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
交付申請書の計画に従って，以下の内容を実施する予定である．
１．伝熱測定実験－１：まず，脈動を付与しない定常乱流において測定を実施し，流速，圧力損失，およびヌッセルト数が既存の実験式と一致することを確認する．その上で，レイノルズ数～15000程度の範囲で矩形波状の脈動を与えて，流動変動と伝熱変動の同時測定を行う．
２．伝熱測定実験－２：脈動の周波数，振幅，デューティ比（ON時間の比率），レイノルズ数を変化させた実験を行う．得られた結果から，各条件における流れの乱流化・再層流化の様相の違いを調べ，それが伝熱機構や圧力損失に及ぼす影響を明らかにする．
３．研究成果の公表：得られた結果を整理し，学会発表および論文投稿の形で研究成果を公表するとともに，研究室（防衛大学校 システム工学群 機械工学科 熱工学講座）のWebにて研究成果を公表する．
なお，脈動時の圧力損失を評価するには差圧変動および流量変動を正確に測定する必要があるため，実験装置の改良（導圧管の見直しなど）を行った上で，必要に応じて差圧計および流量計を新たに導入する．また，熱膜プローブ周囲の温度変動を熱電対で補償する計測系を新たに製作し，正確な速度変動を測定できるようにする予定である．
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| Causes of Carryover |
申請時はH28年4月から研究を開始する計画で研究経費を見積もっていたが，4月時点では交付を受けることができなかったため，当面は既存の装置および計測器で可能な範囲で研究を進めていた． 幸いH28年10月から科研費の交付を受けることができたが，初年度の研究期間が短かったこともあり，まずは既存の装置および計測器を中心に研究を進め，問題点を洗い出してから新規の器材を購入することにした． その結果，現有の計測機器では圧力損失の評価ができないこと，および現有の熱膜プローブだけでは正確な速度変動の測定ができないことが明らかになったため，次年度に必要な器材を整備して対策する予定である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
脈動時の圧力損失を評価するには差圧変動および流量変動を正確に測定する必要があるため，実験装置の改良（導圧管の見直しなど）を行った上で，必要に応じて差圧計および流量計を新たに購入する．また，熱膜プローブの温度変動を熱電対で補償する計測系を製作する際に，熱膜プローブ，熱電対および熱電対用のアンプの購入を検討している．上記に加え，現有の温度データロガーは使い勝手が悪く実験の効率が低下するため，PC制御によりデータ取得可能な温度データロガーを新たに購入する予定である．また，実験装置の改良（水漏れ対策，伝熱模型の改良など）に必要な材料の購入が必要である．
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Research Products
(1 results)
