| 研究課題/領域番号 |
21K14077
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 中央大学 (2023)
青山学院大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
石井 慶子 中央大学, 理工学部, 准教授 (80803527)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 流れの可視化 / 温度速度同時計測 / 温度場計測 / 複雑流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
エネルギー機器の内部液の温度速度場を正しく理解することは，機器の高効率化のために重要である．しかし，微小領域の温度速度場を同時に計測する技術は確立できていない．そこで，本研究では高輝度な感温微小粒子を合成し，微小領域に適応可能な3次元温度速度同時計測手法の開発を行う．最終的に，粒子にあらゆる物質を封入できる特性を利用して，不透明液の流動様相の解明への適応を目指す．
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| 研究実績の概要 |
研究の目的は、エネルギー機器の内部流体の温度と速度の場を同時に精密に計測することにより、機器の効率向上を図る技術の確立にある。この目的の達成には、微小領域での温度速度場を計測する手段が必要であるため、本研究では高輝度感温微小粒子を用いた新たな測定手法の開発に注力した。
研究の初期段階では、非定常場や混相場において、従来技術では計測が困難であったスカラー場を定量するため、二色蛍光粒子を合成し、これを用いた温度速度の同時計測手法を構築した。一つの蛍光剤は温度に応じて発光スペクトル強度が変化する性質を持ち、もう一つはリファレンスとして機能する蛍光剤を使用した。これにより、温度変化と速度場の同時計測が可能となった。
昨年度は、これらの蛍光粒子を含むマイクロカプセルの合成に成功し、RGBカメラを使用して発光強度分布を計測した結果、良好な感度での計測が可能であることを確認した。この結果は、非定常場での使用に特に有効であり、機器の設計や評価において高い応用性を持つ。
本年度は、実際の流体動力学的環境での応用を視野に入れ、2台カメラによる光学システムを構築し，二色粒子を使用した実測試験を行った。試験の結果、温度変化に対する感度が1℃あたり約1％と非常に高いことが確認された。また、測定位置によって感度比が変化するため、精密な場校正を行い、計測精度の向上を図った。
この研究を通じて開発した手法は、不透明な液体や複雑な流体の流動様相を定量的に解析する新たな可能性を開くものであり、エネルギー機器のみならず広範な工学分野での利用が期待される。特に、微小領域での精密測定が可能であるため、微細加工やマイクロ流体デバイスの開発にも寄与することが予想される。
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