2021 Fiscal Year Annual Research Report
低レイノルズ数においてcntTSPを用いた運動する物体表面上の流れ場計測の研究
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21H01524
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 昂志 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (80774471)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 低レイノルズ数 / 感温塗料 / 非定常 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では，低レイノルズ数流れにおいて，運動する翼面上の流れのはく離位置，層流/乱流の境界層遷移位置，再付着位置の時空間変化を可視化する技術を確立することを目的としている.その手段として，カーボンナノチューブを薄膜化したヒータ（Carbon NanoTube, cnt）と感温塗料(TSP)を組み合わせたcntTSPをベースとした計測技術を応用する.具体的には，運動する物体における微小な温度変化をcntにより加熱することで増幅し，その発光強度をTSPで捉える技術である.層流/乱流の熱伝達率を利用した流れ場可視化の例は数多くある が，運動する物体に適用した例はこれまでになく，時系列的な検出を行った研究はこれまで になく世界初といえる.
本年度は、cntTSPの開発および評価に取り組んだ。具体的な研究内容は以下の2つである。
1つ目は、昨年度までに開発した低速流れでの非定常計測用cntTSPに対して、その周波数特性を評価し、改善する方法について調査した。まず、低速におけるcntTSP計測の周波数特性の実験的な評価手法を確立した。その結果、周波数に対する温度変動の振幅は両対数グラフにおいて線形的に減少することを明らかにした。
2つ目は、構築した周波数特性評価手法に基づいて、1次元非定常熱伝導の数値モデルを作成し、cntTSPの各パラメータが周波数特性に与える影響を調査した。その結果、TSP層の熱容量を小さくすることや、基板の熱拡散率を大きくすることで周波数特性が向上することを明らかにした。これらの成果により、cntTSP計測の定量的な周波数特性を把握する手法を確立し、向上する指針を得ることができ、非定常cntTSP計測にとって重要な知見となった。
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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
本提案では、1年目にcntTSPの応答性評価装置および評価手法を確立し、2年目には風洞試験において検証することを目標に掲げた。この目標は十分に達成できた。ただし、cntTSPの高速応答化・高感度化については、当初予定していた手法ではうまくいかず、再検討が必要となった。ただし、当初の目標である応答性は十分確保でき、データ解析技術により現象理解ができる計測が可能であるため、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は得られた研究成果をまとめ、学術論文誌に投稿する。また、国内および国際の会議に積極的に参加し、研究成果を発信することに努める。
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