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隣接多点薄膜温度センサによる局所熱伝達と壁面近傍移流速度の計測

研究課題

研究課題/領域番号 20K04316
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分19020:熱工学関連
研究機関明治大学

研究代表者

中別府 修  明治大学, 理工学部, 専任教授 (50227873)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードMEMS / 熱流束 / 移流推定 / 乱流熱伝達 / 強制対流 / 非定常熱伝達 / 熱流束センサ / 隣接多点計測 / 移流速度推定 / 熱伝達 / 移流 / 相関解析 / 伝熱メカニズム
研究開始時の研究の概要

エンジンやタービン,ボイラー等のエネルギー機器における流動・熱伝達の理解の深化と伝熱促進や抑制に資する情報を提供するため,プローブ型センサにより,壁面の熱伝達と近傍流動情報を得られる新たな計測手法を開発する。具体的には,隣接4~9点の微小温度センサを製作し,流動伝熱場の壁面温度を計測し,その情報から隣接複数点での壁面熱流束を算出する。複数点の熱流束情報からは,相関解析によって壁面近傍の移流速度を推定する。得られた移流速度,乱れ強さ,渦スケールは別途熱線流速計で測る流動情報と比較して検証を行う。

研究成果の概要

本研究では,隣接多点のMEMS薄膜熱流束センサを製作し,強制対流場において非定常な壁面熱流束を計測するとともに,隣接複数点の熱流束信号から,壁面近傍の移流速度を推定する手法の開発を行った。延長1年を含む4年間の研究において,シリコン基板,アルミ合金基板を用いた4点,5点,7点センサを試作し,空気の強制対流場での実験的研究を実施した。熱流束の相互相関解析から隣接点の遅れ時間を求め,4点センサでは4つの沿面速度ベクトルを,5点センサでは9つの沿面速度ベクトルを算出するアルゴリズムを開発し,算出ベクトルの標準偏差を用いた過誤ベクトルの除去を行うことで,信頼性の高い推定速度を得る方法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

エンジンやタービン,ボイラー等のエネルギー機器では,容器壁面と内部流体との熱伝達がエネルギー損失となるため,熱効率向上のためには,内平面近傍の流れと熱伝達特性を調べることが重要である。本研究成果は,レーザーや画像計測ができない容器内の流動・伝熱特性を壁面に設置した隣接多点熱流束センサで調べることを可能にする点で学術的に重要な技術である。また,エンジンの高効率化研究では,筒内の流動制御や燃料濃度の成層化制御技術が研究されており,これらを実践する上で,本研究成果が貢献することが期待される。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2021 2020

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] 隣接多点熱流束データを用いた壁面近傍移流速度の推定方法2023

    • 著者名/発表者名
      長洞 舜樹,鋤柄 文也,中別府 修
    • 学会等名
      日本機械学会2023年度年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 隣接4点熱流束センサによる強制対流熱流束計測2023

    • 著者名/発表者名
      鋤柄 文也,長洞 舜樹,中別府 修,鎌田慎
    • 学会等名
      第60回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 隣接4点熱流束センサによる強制対流熱流束計測2023

    • 著者名/発表者名
      鋤柄文也 ,長洞舜樹,中別府修,鎌田慎
    • 学会等名
      第60回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 渦輪衝突時の壁面近傍流速と瞬時熱流束の関係2021

    • 著者名/発表者名
      山口泰尚,中別府修
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 隣接4点壁面熱流束を用いた壁面近傍移流速度の推定2020

    • 著者名/発表者名
      山口泰尚,中別府修
    • 学会等名
      日本機械学会熱工学コンファレンス2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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