Measurement of local heat transfer and estimation of near wall adection velocity by multi-points thin film temperature sensor

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本研究では，乱れを伴う流動伝熱場における瞬時局所熱流束を多点薄膜センサで計測し，壁面近傍の移流速度を熱流束信号から抽出する技術を開発し，導出される移流速度の物理的意味と熱伝達の関係を明らかにする。この技術は，エネルギー機器内における流動・熱伝達特性を壁面側からプローブ型センサで計測可能とし，流動・熱伝達特性の理解の深化と伝熱促進や抑制技術に資する情報を提供するものである。コロナ禍で計画通りに研究遂行ができていないが，今年度は，シリコン基板上に隣接４点センサをMEMS技術で製作し，熱流束を正しく計測するために必要なセンサ特性値の決定方法と隣接４点熱流束からの移流速度推定法の改善を行った。表面温度と基板内部の温度計測データから非定常熱伝導解析で壁面熱流束を算出する際に，直流から数kHzまでの高周波数領域で正しく熱流束を計測するためには，薄膜センサ部特有の熱抵抗，基板内部の測温センサ周りの熱抵抗と遅れ時間を決定する必要がある。薄膜部の熱抵抗を自己発熱較正で決定し，内部測温点の熱抵抗と遅れの時定数をセンサ表面への加熱噴流による既知熱流束の付与と0.1~10Hz程度の低周波数光加熱に対する応答から決定する方法を開発した。移流速度推定では，隣接4点センサを高温空気流にさらし，隣接4点熱流束計測を行い，熱流束の変動成分の相互相関解析より，6組の遅れ時間を求め，4組の壁面平行な移流速度ベクトルを算出し，4ベクトルの一貫性から不適切な結果を排除することで，移流推定の精度が改善されることを確認した。