2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of submicron hot-wire sensor for experiments of high Reynolds number turbulence
| Project/Area Number |
17K18939
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
淺井 雅人 首都大学東京, システムデザイン研究科, 客員教授 (00117988)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 正平 首都大学東京, システムデザイン研究科, 客員教授 (10358658)
稲澤 歩 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (70404936)
金子 新 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (30347273)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
|
| Keywords | 流体工学 / 乱流計測 / 熱線風速計 / 熱線センサ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
高レイノルズ数乱流計測用のサブミクロン薄膜型熱線センサならびに低ノイズ・高周波数分解能の熱線風速計の開発を行い，また，熱線センサの空間分解能を上げる際の大きな制約となる「熱線センサのアスペクト比（センサ長/センサ径：l/d）が200以上」という条件の妥当性を実験結果に基づき検討した．
薄膜型センサ（仕様：長さ100μm，厚さ0.125μm）の開発については，薄膜のトランスファプリント技術を応用して両持ち梁型の金薄膜センサを作成した．試作センサについて熱線風速計の動作試験を行い，熱線風速計センサとして使用できることを確認した．
低ノイズ・高周波数分解能の熱線風速計開発に関しては，熱線風速計回路をプローブサポート内に実装し，センサケーブルのリアクタンスを無視できるレベルにすることにより，高周波帯域まで電磁気ノイズを低減することに成功した．この新規開発の低ノイズコンパクト熱線風速計は特許出願された．
速度変動計測に対するセンサアスペクト比（l/d）の影響に関しては，センサの空間分解能の影響を排除し，熱線計測に対するl/dの影響（主にセンサ両端での熱伝導の効果による）を顕在化させるために，二次元カルマン渦列を対象とした速度変動計測を行い，l/dの影響に関する信頼できる実験データを取得した．その結果，l/dを80 まで下げてもS/N比が少し劣化するだけで，変動実効値のみならず，10kHz以上の高周波帯域までのスペクトルはl/d=200のデータとほとんど全く変わらないという注目すべき結果が得られた．これは，高レイノルズ数乱流実験への応用において，熱線センサ長に関する一つの制約が大幅に緩和できることを意味しており，乱流計測技術の向上につながる重要な成果である．
|
