| 研究課題/領域番号 |
17K18939
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
淺井 雅人 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (00117988)
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| 研究分担者 |
高木 正平 首都大学東京, システムデザイン研究科, 特任教授 (10358658)
稲澤 歩 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (70404936)
金子 新 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (30347273)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| キーワード | 流体工学 / 乱流計測 / 熱線風速計 / 壁乱流 |
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| 研究実績の概要 |
2018年度は，前年度に引き続き，ナノ．マイクロテクノロジーによる高レイノルズ数乱流計測用のサブミクロン薄膜型熱線センサの開発と，熱線風速計センサで壁乱流の壁近くの組織変動構造を正確に捉えるための指針となる熱線センサとセンサアスペクト比（センサ長/センサ径）が速度変動測定に及ぼす影響に関する実験を行った．
サブミクロン薄膜型熱線センサの開発については，高レイノルズ数乱流に対して，最小乱流渦構造まで十分信頼性を保って計測するためには，計測センサ長が壁単位スケールで10程度より小さくなることが要求されるが，30m/s程度の気流での風洞実験を想定し，薄膜熱線センサの仕様（長さ100μm，厚さ125nm）を決めた．金薄膜センサの製作に成功し，その性能を検討するための実験を行うための熱線プローブ試作に取り掛かった．
壁乱流計測に対する熱線センサのセンサ長とセンサアスペクト比の影響に関しては，熱線長の乱流計測に対する影響を調べるとともに，センサアスペクトの影響に関する信頼できる実験データの取得を試みた．アスペクト比の影響については，これまでのほとんどすべての実験においては，30年以上前の実験データを基に，センサアスペクト比が200以上の熱線センサが使用されているが，その実験的検証が十分になされているとは言えない．ここでは，センサアスペクト比の効果の検証実験を，熱線計測に対する変動の三次元性の効果を消すことができる二次元カルマン渦列の速度変動に着目して行なった．その結果，アスペクト比を80まで下げても，S/N比が少し劣化するだけで，変動実効値のみならず10kHz以上の高周波帯域までのスペクトルもアスペクト比200のデータとほとんど全く変わらないという結果が得られた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
高レイノルズ数乱流計測用のサブミクロン熱線センサの開発に関しては，厚み0.125μm，幅100μmの金薄膜センサの試作を行ない，サブミクロンセンサ製作の見通しが得られた．
壁乱流計測に対する熱線センサのセンサ長とセンサアスペクト比（センサ長/センサ径）の影響に関しては，対象となる渦構造のスパン方向スケールの影響をなくすために低レイノルズ数の規則的な二元的なカルマン渦列流れを採用してセンサアスペクト比のみの効果を明らかにした．現在成果をまとめている．センサアスペクト比（センサ長/センサ径）については，従来から推奨されてきたアスペクト比が200以上という条件は100程度まで下げることが可能であるという結果が得られた．これは，今後の高レイノルズ数乱流の計測への応用にとって朗報であり，微小センサの一つの条件が大幅に緩和できることを意味する．
また，熱線流速計の周波数応答についても，高帯域まで低雑音を実現できる超小型熱線風速計を開発することができ，100kHz以上の乱流変動まで計測できる目途が立った．
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| 今後の研究の推進方策 |
サブミクロン熱線センサの開発に関しては，金薄膜型サブミクロン熱線センサの試作品を完成させ，予備試験を繰り返し，結果をフィードバックしながら熱線センサの改良を行う．また，サブミクロンセンサの製造法を応用し，レイノルズ応力測定用熱線センサの開発にも取り組む．
壁乱流計測に対する熱線センサのセンサ長とセンサアスペクト比の影響に関する高精度実験データを取得し，実験結果を論文にまとめる．また，100kHzまでの乱流変動を高精度で計測できる多チャンネル小型熱線風速計システムおよび高レイノルズ数乱流計測用の微細間隔の熱線センサアレイを製作する．
以上の基礎研究を踏まえ，高レイノルズ乱流場における乱流変動スペクトルなど統計データの熱線センサ長依存性などの調査を乱流場で行なう．壁乱流については，乱流レイノルズ数2000～6500の範囲で，微小熱線プローブと市販の熱線プローブの乱流スペクトルの計測性能の相違や乱流統計データの熱線センサの受感長やセンサアスペクト比への依存性を壁乱流場で実証する．
主要な結果を，国内学会及び国際会議での発表ならびに流体力学専門誌に投稿する．また，特許申請も検討する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
国際会議での成果発表を予定していたが，実験結果の検討及び認作業に時間がかかり，次年度の国際会議での発表に変更したため，成果発表旅費及び学会参加費が未使用となった．これらは，いずれも次年度に使用予定である.
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