2014 Fiscal Year Annual Research Report
ＬＩＦ法とＭＴＶによるマイクロノズル内部および外部の超音速流れに特有な現象の解明
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24560198
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
半田 太郎 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (30284566)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | マイクロ流れ / 超音速流れ / 超音速噴流 / LIF / MTV |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，マイクロノズルから発生する超音速マイクロ噴流の速度をMTV（Molecular Tagging Velocimetry）により測定した．作動ガスに微量のアセトン（~1%）を含んだ窒素を使用し，流れ場にレンズを用いてビーム状にされたNd:YAGレーザーの4倍高調波（波長266nm）を照射して放出されるアセトンの蛍光をICCDカメラのゲートをレーザー照射から遅れて開放し，画像として取得した．この画像からアセトン分子の移動量を求め，流れの速度を得た．噴流のレイノルズ数を150～5600の間で変化させて計測を行った結果，噴流の超音速コアの長さがあるレイノルズ数で急激に伸びることが明らかになった．この原因を明らかにするために数値解析を実施したところ，噴流の不安定現象が弱くなり，分子拡散がさほど大きくないレイノルズ数が存在し，このレイノルズ数において噴流の超音速コア長さが急激に伸びることが明らかになった．
MTVによる噴流の速度計測に加えてLIF（Laser-Induced Fluorescence）法によるマイクロノズル内部の数密度計測も実施した．作動ガスはMTV計測の場合と同様の微量のアセトン（~1%）を含んだ窒素である．Nd:YAGレーザーの4倍高調波（波長266nm）から照射されるレーザービームをレンズにより集光し，ノズル下流から入射させ，レーザー照射と同時にICCDカメラのゲートを開放してアセトンの蛍光画像を取得した．蛍光強度からアセトンの多段減衰モデルを用いて理論的に数密度を算出した．その結果，実験結果は数値解析結果と良く一致し，LIF法により超音速マイクロ内部流れの数密度計測法が可能なことが実証された．
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