2017 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge for on-demanding wind tunnel experiment by developing pressure measurement method using photoresponsive nanoparticles
| Project/Area Number |
16K14340
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
西嶋 一欽 京都大学, 防災研究所, 准教授 (80721969)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯田 琢也 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10405350)
西村 宏昭 京都大学, 防災研究所, 研究員 (60420725)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 耐風設計 / 風洞実験 / 圧力計測 / 光学応答 / ナノ粒子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，大幅に小型化された実形状建物の風洞模型を用いて高精度な風洞実験を行うことを目標として，金属ナノ粒子集合系の光応答の敏感性を利用した革新的な圧力計測技術の開発を核とした，未来型風洞実験法の確立に挑戦した。具体的には，（１－１）レイノルズ数とナノ粒子光応答感度に応じた，最適な流体媒質と実験スケールの解明，（１－２）最適化された流体媒質および実験スケールでの流れ場制御手法の開発，（２）流体中の金属ナノ粒子集積系圧力応答特性の最適化である。
課題（１－１）に関しては，既存の風洞実験施設と同じオーダーのレイノルズ数で実験可能な「水洞」装置を設計し，実機を製作した。この装置のスケールにおいて，流体には室温程度の純水を用いれば，目標のレイノルズ数を概ね達成できる。また，既存のPIV技術を用いれば，流れ場が計測可能であることを確認した。課題（１－２）に関しては， CNCフライス盤等を用いて切削した小型ラフネスブロック等を組み合わせることで，目標とする乱流構造を模擬できることを明らかにした。さらに，建物CADデータおよび汎用的に入手可能なデジタル地表面データ等を用いて，必要十分な精度の実験模型を作成する手順を確立した。以上により，風洞実験オンデマンド化に必要な知見及び技術を獲得したと言える。
課題（２）に関しては，刺激応答性ポリマービーズをコアビーズとして金属ナノ粒子を化学的な方法で高密度に固定した「外部刺激応答性金属ナノ粒子固定化ビーズ」の開発に成功した。特に，飯田Gで所有する光ピンセットを用いて，開発したビーズにレーザー光照射することで敏感に光学応答が変化することも確認した。現状の実験系では温度上昇による変化が支配的と考えられるが、温度と圧力には熱力学的な相関があるため、目的である未来型風洞実験装置中の流れによる圧力計測のための重要な知見を獲得したと言える。
|
| Remarks |
飯田琢也、OMC17 Best Paper Award from SPIE受賞（2017/4/21）
|
