2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-time-resolution shear stress sensor for multi-phase flow and mechanism of drag reduction using the sensor
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16K18006
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大石 義彦 室蘭工業大学, 工学研究科, 助教 (90617078)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 乱流 / せん断応力 / 抵抗低減 / 気泡 / 計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は局所せん断応力を高時間分解能でかつ単相の流体のみならず混相流のせん断応力を測定可能にした応力計の開発と混相流応力の正確な指標を作る目的にレーザー応力計の設計を目指した．設計した応力計はレーザー応力計は変位を検知するセンサー可動部とドップラー変位によるビート信号検出のための光学系と応力に分かれる．変位を検知するセンサー可動部は流体の流れる壁面に触れ（流体接地部），センサーを水平方向にスライドさせることで流れ方向のせん断応力のみ直接計測するシステムとなっている．受光装置によって得られたビート信号は信号増幅器で倍増され，バンドパスフィルタによって75~99 kHzの周波数を抽出する．信号処理器の設定を90 kHzに調節し，抽出したビート信号をDC変換し，データロガに記録する．ビート信号周波数の変化がセンサー受感部の変位となるため，検量線を用いて受感部の面積当たりにかかるせん断応力を導出できる．本研究では単相流におけるチャネル壁面せん断応力測定を行った．チャネル流れについて十分な実証実験を行い、曳航水槽実験による船模型実証実験を実施した．チャネル実験の実証実験は誤差15％以内の目標を達成した．曳航水槽実験ではせん断応力計の3種類の応力範囲の異なるセンサの実証実験を行い，応力計として使用可能であることを実証した．また，気泡流における実験を実施し，せん断応力から摩擦抵抗の違いを評価できた．これにより混相流体のせん断応力評価が可能となった．また，瞬時の応力データの波形から乱流イベントの周期より高い時間分解能で評価が可能となり局所摩擦抵抗のメカニズム解明につながった．
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