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

多点薄膜温度传感器局部传热测量及近壁平流速度估算

基本信息

批准号：
20K04316
负责人：
中別府修
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在这项研究中，我们开发了一项技术，可以使用多点薄膜传感器在流量传热场中用湍流测量瞬时局部热通量，并从热通量信号中提取壁附近的对流速度，并阐明派生的对流速度的物理含义与热传递之间的物理含义之间的关系。该技术允许使用探针类型传感器从墙壁测量能量设备内的流量和传热特性，从而提供了对流动和传热特性的了解，并促进和抑制传热。尽管研究尚未根据COVID-19大流行而进行的研究，但今年我们使用MEMS技术在硅底物上制造了一个相邻的四点传感器，改善了确定正确测量热量磁通量的传感器特征值的方法，并从相邻的四点热量中估算了Advection Velocity的方法。当使用底物内部温度温度和温度测量数据的不稳定热导率分析计算壁热通量时，以便在从直流到几个kHz的高频范围内正确测量热通量时，必须确定薄膜传感器在薄膜传感器中所特有的热阻力，即围绕底物的温度测量传感器周围的热电阻，并且延迟时间和延迟时间和延迟时间。我们开发了一种方法，可以通过自动校准来确定薄膜部分的热电阻，并确定内部温度测量点的热电阻和时间常数，从已知热通量的应用中，通过将已知热量的施加加热到传感器表面并响应对低频率光的响应左右，低频率的光学加热约为0.1至10 Hz。在对流速度估计中，将相邻的四点传感器暴露于高温气流中，并测量相邻的四点热通量，并通过计算六组的延迟时间是通过计算四个平行对流速度的四组延迟时间，并通过消除不适当的效率范围的距离，从而消除了距离的距离。