多点同時計測LDVを用いたマイクロチャネル流速計測法の開発

多点同时测​​量LDV微通道流速测量方法的开发

• 批准号: 14750112
• 负责人: 古市 紀之
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750112/
• 关键词: マイクロチャネル; 流速分布; 多点LDV

本研究では近年活発に開発が行われているマイクロデバイス周囲の流動計測を目的に,マイクロチャネル内の流速分布を計測する手法を確立することを目指した.本研究ではまたMEMSにおいて開発研究が活発なマイクロジェットやマイクロフレームにおける計測を含めた空気流れをも計測可能であるシステムを目指し,レーザー流速計を応用しマイクロフィールド用の多点同時計測LDVの構築を行った.前年度において概ね光学システムおよびその電気的処理システムの構築を完成させており,今年度は特に実流動場における計測を行い,その測定精度また測定能力についての検討を行った.まず,本システムにおける空間分解能は光ファイバーコア径0.24mmおよびオブジェクティブレンズの拡大率25倍から水平-垂直方向に10マイクロm程度となっている.実際のバースト信号から確認される水平方向分解能は20マイクロmであり,若干大きくなるが概ね整合している.これは従来のLDVからすると非常に小さい分解能となっている.また奥行き方向には焦点深度をそれとし1.2マイクロmと考えられる.この空間分解能を鑑み,実流動場としてはマイクロチャネル流路0.5mmx1mmを作成し,その流速分布を計測することに成功した.流量は15ml/minでRe=85となる流速条件において,概ねポアズイユ流れになっていることが確認された.また,逆流や非定常性を含んだ流れ場として,燃料電池におけるセパレータを模擬した曲がり管における流速分布の計測を行った.曲がり管は1mmx1mmのダクトが直角にベント後1mmx1.5mmの長さが1mmのダクトを通過後再び直角にベントし1mmx1mmのダクトに流入するというものである.その結果得られた速度分布は三次元数値計算の結果とも比較的良く一致した.この流れ場は非常に三次元性が強いことが予想されるために,測定体積が大きい場合には測定誤差が大きく含まれることになるが,そのようなことがなく,したがって本計測法が十分に対応していることが証明された.

这项研究旨在建立一种测量微通道内流速分布的方法，目的是测量近年来已经积极开发的微型电视台周围的流量。在这项研究中，我们旨在创建一个可以测量空气流量的系统，包括微型和微框架的测量，目的是使用激光流量计来构建微型菲尔德的多点同时测​​量LDV。在上一年，我们通常采用了光学系统及其电气处理系统。今年，我们已经完成了系统的构建，并检查了系统的测量准确性和测量功能。首先，该系统的空间分辨率从0.24毫米光纤核心直径为25倍，将物镜的放大倍数至约10 microM水平到垂直至验证。从实际突发信号确认的水平分辨率为20 microM，稍大，但通常是一致的。与常规LDV相比，这是一个非常小的分辨率。此外，在焦距深度的深度中，焦点深度被认为是1.2 microm。考虑到这种空间分辨率，作为实际流场创建了0.5 mm x 1 mm的微通道流路径，并成功测量了流速分布。据证实，流速通常是在15 ml/min的流速下进行的，RE = 85。此外，作为一个含有回流和不稳定的流场，测量了模拟燃料电池中分离器的弯曲管中的流速速度分布。管子的管道是1毫米x 1mm的排气液，并通过1mm x 1.5mm长管，然后以直角排出，然后流入1mm x 1mm的管道。所得的速度分布与三维数值计算的结果相对不一致。预计该流场非常3D，如果测量量很大，则将包括大量测量误差，但事实并非如此，因此已证明测量方法足够兼容。