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

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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．