2020 Fiscal Year Annual Research Report
MEMSセンサを用いた乱流燃焼壁面熱伝達の評価手法開発とメカニズム解明
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19K23492
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
出島 一仁 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (20846810)
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2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 熱流束測定 / 乱流熱伝達 / 相関解析 / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，乱流燃焼場における壁面熱伝達メカニズムの解明へ向けて，微細加工技術の一つであるMEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いてサブミリメートルスケールの微小薄膜多点温度センサを製作し，高分解能かつ信頼性の高い壁面温度・熱流束測定を実施した．さらに，隣接点で得られた温度または熱流束波形に対する相互相関解析により，壁面近傍の流体塊の移流速度を推定し，熱伝達と流動を同時に捉える手法の開発に取り組んだ．
これまでの研究で，シリコンウエハ上に一辺235マイクロメートルの白金薄膜測温抵抗体を3×3個形成したアレイ型温度センサを製作し，加熱空気噴流が衝突する際の壁面温度および熱流束の測定を行った．合計9個の測温抵抗体は，それぞれ噴流による温度変化を捉え，得られた温度を境界条件とした3次元非定常熱伝導解析によって局所熱流束を算出することができた．
令和元年度は，相関解析による移流速度の推定手法の構築とその検証を実験的に行った．可視化が容易な小型風洞を製作し，バックステップ流れで生じる壁面温度変動から移流速度の推定を行った．また，同一条件下でPIV（Particle Image Velocimetry）による速度場の測定を行い，壁面温度変動から推定された移流速度と比較することで，移流速度の物理的意味の検証を行った．その結果，推定された移流速度は壁面から温度境界層厚さ程度の位置における流速と良く一致することが明らかとなった．本研究では開発した計測手法を燃焼場へ適用するには至らなかったが，目標であった熱伝達と流動を同時に捉える手法の開発はある程度達成できたと考えられる．
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