測温抵抗体CTと相関解析による流路断面の瞬時温度・速度分布測定法の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14669
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: 出島 一仁 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (20846810)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 温度分布測定 / 抵抗線CT / 相関解析 / 応答補償

Outline of Annual Research Achievements

熱流体機器の検査や評価のため，流路断面における流体の温度および速度分布を安価かつ簡便に測定する手法の開発が求められている．本研究では，医療分野などで利用されるCT（Computed Tomography）技術と，温度センサの一種である金属細線式測温抵抗体を組み合わせた温度分布測定法を開発する．加えて，流路の上流と下流で同時に温度を測定し，その変動の位相差から流体の速度を推定することで，温度と速度の同時測定を実現することを目指す．
2020年度は主に温度分布測定手法の確立に取り組んだ．直径50マイクロメートルの白金細線を測温抵抗体として利用し，1方向あたり5本，4方向からの測定が可能な装置を製作した．製作した装置を用い，40℃程度に加熱した定常空気流の断面温度を測定し，CTによる温度分布の再構築を行った．得られた温度分布と，熱電対によって同時測定した局所温度を比較し，両者が平均2℃程度の差で一致するすることを確認した．
さらに，加熱空気を非定常的に噴射した際に，噴流が上流から下流へ移動する時間を検出し，上流・下流間の距離を移動時間で除すことで速度の推定を行った．加えて，得られた速度に基づく白金細線測温抵抗体の応答補償を実施した．現時点では速度推定およびそれに基づく応答補償の妥当性は未検証であるものの，他の速度測定法を別途導入することなく，本手法のみで温度・速度を同時に捉えられる可能性が見出されたと評価している．
今後は，速度推定および応答補償の高精度化とその検証を行う予定である．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2020年度は測温抵抗体とCTを組み合わせた温度分布測定法の確立を目標としており，当初の予定通り達成することができた．さらに，当初は2021年度に実施予定であった速度推定とそれに基づく応答補償についても，2020年度内にある程度実施することができている．

Strategy for Future Research Activity

2020年度に引き続き，速度推定とそれに基づく応答補償を実施する．非定常流場での測定では，高いS/N比での測定が必要となるため，適切なフィルタやアンプを設計・製作して測定を行う．速度推定の検証では，当初計画していたPIVと流量計との比較に加え，より簡便に局所速度を得られる熱線流速計やLDVの利用も視野に入れていく．

Causes of Carryover

当初計画ではデータロガーを2台購入予定であったが，想定以上に消耗品が必要であったため，データロガー1台分の予算の一部を消耗品購入に充てた．余剰分は2021年度のデータロガー購入に充てる予定である．