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2023 年度 実績報告書

あらゆる作動流体に適応可能な微小領域における温度速度場定量可視化手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K14077
研究機関中央大学

研究代表者

石井 慶子  中央大学, 理工学部, 准教授 (80803527)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
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
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。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Basic research on heat transport characteristics of low filling ratio pulsating heat pipe (Effect of heat pipe installation posture on heat transport performance)2024

    • 著者名/発表者名
      TSUTSUMIUCHI Shunsuke、ISHII Keiko、FUMOTO Koji
    • 雑誌名

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      巻: 90 ページ: 23-00268

    • DOI

      10.1299/transjsme.23-00268

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flat plate pulsating heat pipe operating at ultra-low filling ratio2023

    • 著者名/発表者名
      Fumoto Koji、Ishii Keiko
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 228 ページ: 120468~120468

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2023.120468

    • 査読あり
  • [学会発表] 機能性2 色粒子によるスカラー場速度場同時計測法2024

    • 著者名/発表者名
      石井慶子
    • 学会等名
      令和5 年度第3 回 応力・ひずみ測定部門講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 感温磁性マイクロカプセルの自然対流(鉛直磁場下における流動特性評価)2023

    • 著者名/発表者名
      宮澤瑞希, 石井慶子, 麓耕二
    • 学会等名
      日本機械学会 関東支部 第30期総会・講演会
  • [学会発表] Numerical Investigation of Shape of Blood Heat Exchange Catheter2023

    • 著者名/発表者名
      Aika Ueno, Keiko Ishii, Koji Fumoto
    • 学会等名
      2023 IEEE 11th Region 10 Humanitarian Technology Conference (R10-HTC)
    • 国際学会
  • [学会発表] 低封入率型自励振動ヒートパイプの熱輸送性能に関する基礎的研究(ヒートパイプの設置姿勢が熱輸送性能に及ぼす影響)2023

    • 著者名/発表者名
      堤内俊介, 石井慶子, 麓耕二
    • 学会等名
      日本機械学会 熱工学コンファレンス
  • [学会発表] 模擬磁性流体の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      石井慶子, 宮沢瑞樹, 佐藤亮, 小倉一起, 麓耕二
    • 学会等名
      日本機械学会 熱工学コンファレンス
  • [学会発表] 感染症予防のための呼気の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      石井 慶子, 大野 淑子, 及川 麻衣子, 大西 典子
    • 学会等名
      会いに行ける科学者フェス
  • [学会発表] 先進見える化技術で実現する夢の省エネルギー技術2023

    • 著者名/発表者名
      石井慶子
    • 学会等名
      会いに行ける科学者フェス
  • [学会発表] 強制対流での感温磁性マイクロ カプセル分散液の流動様相2023

    • 著者名/発表者名
      石井慶子, 佐藤亮, 麓耕二
    • 学会等名
      第51回可視化情報シンポジウム
  • [学会発表] 光るカルマン渦2023

    • 著者名/発表者名
      石井慶子
    • 学会等名
      第51回可視化情報シンポジウム
  • [学会発表] 摺動を利用した熱輸送現象の評価2023

    • 著者名/発表者名
      大串 鴻稀, 石井 慶子, 麓 耕二
    • 学会等名
      第60回伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 低充填率域における自励振動型ヒートパイプの熱輸送性能評 価2023

    • 著者名/発表者名
      塩川 篤史, 石井 慶子, 麓 耕二
    • 学会等名
      第60回伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 磁気ハイパーサーミアによる癌の低侵襲治療に関する検討2023

    • 著者名/発表者名
      久保田 竜平, 石井 慶子, 麓 耕二
    • 学会等名
      第60回伝熱シンポジウム
  • [産業財産権] 磁性流体用粒子,磁性流体および磁性流体の製造方法2024

    • 発明者名
      石井慶子
    • 権利者名
      石井慶子
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2024-28510

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公開日: 2024-12-25  

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