2021 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ風向風速センサによるレイノルズせん断応力の高精度計測
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19K04237
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
保浦 知也 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00324484)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 乱流 / 熱線流速計 / 抵抗線温度計 / レイノルズ応力 / 風向風速計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、「マイクロ風向風速センサによるレイノルズせん断応力の高精度計測」を実現することである。乱流中における熱および物質の移動を定量的に予測するためには、速度、温度および濃度変動の同時計測により、レイノルズせん断応力を始めとする相関量を計測する必要がある。本研究は、新しい動作原理に基づくマイクロ風向風速センサを開発し、レイノルズせん断応力の高精度計測を実現し、温度と濃度などの物理量との同時計測への展開を試みるものである。
本年度は、平行二線式熱線流速計の開発を進めた。過去に検討された形状では、３本以上のセンサを必要とするためサイズが大きいこと、熱線と抵抗線が離れているため位相情報の補正が必要であるといった問題点が明らかとなったが、これらの改善を期待できるものである。具体的には、定温度型熱線流速計で駆動される同一形状の二つのI形熱線センサを、流れ（主流）の垂直方向にわずかに離して平行に配置した。このとき、各熱線のごく近傍には温度境界層が発達して互いに熱的な干渉が発生すると考えられる。特に低流速の場合には、センサ間隔が広いときに比べて熱的干渉がより顕著に現れる。主流に対して垂直な方向の速度成分が存在する場合には、その速度ベクトルの大きさと方向によって二つの熱線センサが受ける熱的干渉の程度に差異が生じるため、その影響がそれぞれの熱線出力に現れる。そこで、各熱線の出力をX形熱線の場合と同様に検定すれば、主流とそれに垂直な方向の速度成分を測定できると期待される。円柱後流の乱流場を対象としてこの計測法の可能性と測定精度を調査・検証したところ、流れ方向と垂直方向の平均速度、変動の乱れ強さは、従来のI形やX形熱線流速計による結果とよく一致することが確認できた。また、主目的であるレイノルズせん断応力や動的特性についても十分に信頼できる結果を得ることができた。
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