フォトクロミズムによる自由界面近傍の熱流体場の速度・温度同時計測

• 研究課題/領域番号: 09750217
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 鈴木 祐二 東京工業大学, 工学部, 助手 (20242274)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 1998年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1997年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
• キーワード: フォトクロミズム / 感光染料励起法 / 速度・温度同時計測 / 消色時定数

研究概要

フォトクロミズムを熱流体場の可視化に応用し、感光染料のスピロオキサジンを溶解したエタノール水溶液に対し、紫外線パルスレーザー(YAGレーザー:355nm)照射による励起着色部の移動距離からの速度分布計測とともに、着色部の消色速度から温度分布をも非接触かつ同時に画像計測することを試みた。まず、昨年までに得られた、感光染料の消色時定数の逆数が絶対温度の逆数の指数関数で表されるという、感光染料の温度依存性については、エタノールの濃度に依存せず、その活性化エネルギーは一様であることが分かった。また、界面現象を取り扱う際に重要な問題となる、画像計測における界面位置すなわちレーザー入射位置の特定については、その神経質な性格からゲージ等を挿入できないため、光学的な手法により行った。今回は例として垂直加熱壁近傍の自然対流場という流れ場に焦点を当て、試験容器を撮影の際に奥行き方向に長さのある石英ガラスセルに変更し、レーザーによる励起着色ラインの加熱壁内壁への鏡像を同時に画像として取り込むことにより、レーザー入射位置の特定が可能となり、計測上の空間的精度の向上し、壁面(界面)近傍の流動および温度分布のより詳細な計測が可能となった。また、流動場での励起された感光染料の拡散による影響については検討したところ、大きな影響がないことも確認された。さらに、温度計測については、流れにのった着色部の移動を追跡するという観点から、温度の異なる領域を移動するという温度履歴の問題が挙げられるが、2つの感光染料を同時に用いることにより、その発光強度比を利用することにより対処できる可能性を示した。