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

2023 年度 研究成果報告書

• 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
• 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

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。

自由記述の分野

熱工学

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。