コヒーレント構造により発現する非定常熱流動場における熱伝達予測

由相干结构开发的非定常热流场传热预测

基本信息

批准号：
21K03907
负责人：
山田俊輔
金额：
$ 2.66万
依托单位：
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和3年度では，半無限固体を仮定した熱伝達モデルを用いて，時間平均の二次元速度分布から熱伝達率を推定し，赤外線カメラによる熱伝達率の実験値とを比較した．バックステップ下流の再付着点付近では，流れのコヒーレント構造により非定常熱流動場が形成されることから，熱伝達率の推定には，3次元3成分の速度計測が必要と考えられる．令和4年度では，これまでに構築した2次元ステレオPIV計測システムを拡張し，3次元3成分の計測が可能なスキャニングステレオPIV計測システムを構築した．構築した計測システムはレーザの照射位置をガルバノミラで制御し，高速に可動することで，3次元空間の瞬時速度分布を再構成した．スキャニングステレオPIV計測システムで計測した速度成分の検証として，シート光の面外方向の速度変化が小さくなるよう，低レイノルズ数域（ステップ高さHを代表値としたRe=790）のバックステップ流れとした．ガルバノミラを各回転角度で固定した状態と，ガルバノミラを介さない状態の時間平均速度分布とを比較した（静特性）．また，ガルバノミラを可動させた瞬時速度分布を計測し，3次元の流れ場を検証した（動特性）．静特性では，シート光に対して面外方向への移動距離が大きくなった場合，はく離せん断層から壁面近くの高さ方向速度成分の差異が大きく，レンズ焦点位置の設定が重要であることがわかった．動特性から，ガルバノミラの移動，レーザ照射，カメラシャッタの駆動の同期システムは構築できたが，流れ場の検証から，静特性と同様にレンズの焦点距離の設定を改善する必要があることがわかった．レンズの焦点距離の設定には，画像FFT解析を用いた検証により，±0.1H程度のレンズ焦点距離のズレを検知することが可能となった．

在2021年，使用假设半侵入固体的传热模型，从二维速度分布中估计传热速率，并将传热速率与使用红外摄像机的传热速率进行比较。由于非稳态的热流场是由后台阶下游的重置点附近的相干流结构形成的，因此人们认为需要3D 3维速度测量以估计传热系数。在2022财政年度，我们扩展了到目前为止构建的2D立体PIV测量系统，并创建了一个可以测量三维组件的扫描立体PIV测量系统。构造的测量系统控制激光照射位置，并以高速移动，并在三维空间中重建瞬时速度分布。为了验证通过扫描立体PIV测量系统测量的速度成分，我们在较低的雷诺数范围（RE = 790，带有步长h作为典型值）中使用了后退流程，以降低板灯光线外方向的速度变化。我们比较了在没有galvanomilla（静态特征）的每个旋转角度固定galvanomilla的状态下的时间平均速度分布。此外，测量了Galvanomira的瞬时速度分布以验证三维流场（动态特征）。关于静态特性，当相对于板灯的平面外向传播的距离很大时，高度方向速度分量与分离的剪切层的差异相差，并且发现设置镜头焦点位置很重要。动态特性使我们能够建立一个同步系统，以用于仪表液，激光照射和摄像头驱动器的运动，但从流场的验证中，发现需要改进镜头焦距设置，就像静态特性一样。为了设置透镜焦距，使用图像FFT分析进行验证使检测镜头焦距的偏差约为±0.1H。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

一様流中に設置した三次元物体に働く流体力と後流速度の計測について

测量作用于均匀流中三维物体的流体力和尾流速度

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takahashi Shun;Misaka Takashi;Nara Shotaro;Sugiyama Naoki;Nohara Tetsuo;Kuramoto Yuiki;Kawamoto Yuki;Obara Akira;Osada Rina;Kikuchi Asuka;Ochiai Masayuki;Osumi Kazuo;Ishikawa Naoya;山田俊輔，辻田哲平
通讯作者：
山田俊輔，辻田哲平

後向きステップ流れにおける再付着点近傍の熱流動変動の同時計測

同时测量后向流动中再附着点附近的热流脉动