2020 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ空間における流速測定手法の開発と微小気体流量計測の高度化への展開
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20K14657
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹川 尚希 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (20828157)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 境界層 / 回復温度 / 臨界ノズル / 空間分解能 / 熱電対 / 白金抵抗測温体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体計測では，計測機器の大きさがボトルネックとなる場合が存在する．例えば，小型熱線流速計では熱線の長さが数mm，小型ピトー管では管断面積が数mm×数mmであるため，計測される流速はmmオーダーでの平均的な流れ場となる．
本研究の目的は，プローブ型小型温度計によって得られる回復温度から，流速分布を高空間解像度（μmオーダー）で計測する新たな手法について確立し，その手法を応用することで微小音速ノズル内の流れ場を明らかにすることである．
実験では小型温度計として，熱電対，白金抵抗測温体の2種類を使用した．一般的な気体の流れにおいて温度境界層と速度境界層の厚さが異なるため，流れの中に置かれた物体壁面上での温度はよどみ点温度に復帰せず，この特別な温度を回復温度と呼ぶ．そして，その温度差は流速の自乗に比例することから温度場に基づく流速分布の計測が可能となる．本研究で提案した流速計測手法の妥当性を検証するため，所有する流速標準との比較試験を実施した．対象となる流速範囲は約40～100m/sである．実験結果より流速が40m/s近傍では，流速標準との差は最大で約30%となった．流速40m/sではよどみ点温度と回復温度の差が微小（約0.1度）であるため，計測誤差の原因として温度計測の精度が考えられる．一方，流速が60～100m/sの範囲では，温度計の種類によらず流速標準からの差は約5%以内に収まることが確認された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度は熱電対，白金抵抗測温体，流速標準との比較の際に必要となる専用治具を作製し，これらを用いて所有する流速標準との比較実験を行った．流速標準との比較が本年度の到達目標であり，当初予定していた計画通りの進捗状況にある．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，提案した流速計測手法を微小口径ノズルに適用し，ノズル内流れの計測を行う予定である．また，ノズル内流れに関する数値解析を実施し，実験結果との比較に基づき微小空間および音速流領域での本提案手法の妥当性・精度について検証する．
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