先細ノズル流れのチョークに関する研究と微小流量用臨界流量計への応用

锥形喷嘴流量节流研究及其在微小流量临界流量计中的应用

• 批准号: 10J08621
• 负责人: 久保 和範
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Kitakyushu
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08621/
• 关键词: 圧縮性流体力学; 先細ノズル; チョーク; 境界層

チョーク現象を利用して質量流量を測定する装置に臨界流量計がある.臨界流量計は2003年に国際規格や国内規格が制定され,最近では半導体産業などの分野において臨界流量計を用いた微小流量の測定が検討されている。しかるに,ノズル直径を極めて小さくすると境界層の影響が無視できなくなるが,これに関してはこれまでほとんど研究されていない.ゆえに,本研究はチョーク現象に及ぼす境界層の影響を解明することを目的とし,圧縮性や粘性及び希薄気体効果を考慮に入れた解析的研究を行う.本研究では大気吸込み式風胴を用いて測定を行った.測定にはノズル幅36mm,長さ100mm,高さ5mmの直管を取り付けた矩形先細ノズルを用いた.ノズル上流には熱式質量流量計を設置して質量流量の測定を行った。また,圧力・流量測定と同時にシュリーレン法を用いて流れ場の可視化を行った.流れがチョークした後のシュリーレン可視化結果から,ノズル出口近傍でマッハ波が確認でき流れが超音速であることが分った.マッハ波より算出したマッハ数と壁面静圧測定より求めたマッハ数の比較検討した結果,ノズル出口より4mm上流の位置において約5%の誤差があった.この誤差は,壁面静圧は断面にわたって一定であると仮定して解析していることが原因であると考えられる.次に,管内の境界層排除厚さの分布を求めた.その結果,境界層排除厚さはノズル出口よりも上流で最も厚く,その後ノズル出口に向かって減少している.ゆえに,境界層排除厚さが最大となる位置で流れは音速となり,その後は流路が増加することで流れが超音速となることが分った.これらの研究成果を基に国内外のシンポジウムや学会等で口頭発表を行った.また,研究全体をとりまとめ学位論文を完成させ,臨界流量計に関する現在の国際規格及び国内規格を微小流量に適用できるよう成果をまとめ基礎資料の作成を行った.

临界流量计是一种利用扼流现象测量质量流量的装置。临界流量计的国际和国内标准于2003年制定，最近，采用临界流量计的微型流量计已被引入半导体行业等领域的流量测量。率正在考虑中。然而，当喷嘴直径做得极小时，边界层的影响就不可忽视，但迄今为止对此几乎没有研究。因此，本研究的目的是阐明边界层对阻塞现象的影响考虑压缩性、粘度和稀释气体的影响。本研究中，使用大气吸入式风筒进行测量。测量时，使用安装有宽度为36mm、长度为100mm、高度为5mm的直管的矩形锥形喷嘴的热式质量流量计。喷嘴上游测量质量流量。此外，在测量压力和流量的同时，使用Schlieren方法对流场进行可视化，从流动阻塞后的Schlieren可视化结果来看，在喷嘴出口附近确认了马赫波，表明流动是超音速的。根据马赫波和壁静力计算的马赫数通过比较和检查从压力测量获得的马赫数，在喷嘴出口上游 4mm 的位置处存在约 5% 的误差。该误差是在假定横截面上壁静压恒定的情况下进行分析的。这被认为是由于管道内部的边界层排除厚度造成的。结果，边界层排除厚度在喷嘴出口的上游最厚，然后向喷嘴出口减小。因此，流动在边界层排除厚度最大的位置。达到音速，然后随着流路的增加而变成超音速。基于这些研究成果，我们在国内外研讨会和学术会议上进行了口头报告。我们还总结了整个研究并完成了博士论文，将现行国际和国内有关临界流量计的标准转化为微流量计。并创建了可应用于该领域的基础材料。

项目成果

Study of Choked Flows through a Convergent Nozzle

通过收敛喷嘴的阻塞流研究

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal of Thermal Science
• 影响因子: 2.5
• 作者: 亀田信治;水谷彰夫;菊田久雄;久保和範;Kazunori Kubo
• 通讯作者: Kazunori Kubo

An Experimental Study of Choked Flows through a Convergent Nozzle with Viscosity Effects

具有粘度效应的收敛喷嘴阻塞流的实验研究

• 发表时间: 2010
• 作者: 亀田信治;水谷彰夫;菊田久雄;久保和範;Kazunori Kubo;Kazunori Kubo;Kazunori Kubo;久保和範;Kazunori Kubo
• 通讯作者: Kazunori Kubo

Effect of Boundary Layer on Choked Plow through a Rectangular Convergent Nozzle

矩形收敛喷嘴边界层对堵塞犁的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: 亀田信治;水谷彰夫;菊田久雄;久保和範;Kazunori Kubo;Kazunori Kubo
• 通讯作者: Kazunori Kubo

矩形先細ノズルを通る流れのチョークに関する可視化実験

矩形锥形喷嘴流动阻塞可视化实验

• 发表时间: 2011
• 作者: Kubo,K.;Nishioka,T.;Isozumi,R.;and Miyazato,Y.,;久保和範，西岡達矢，五十棲竜大，宮里義昭
• 通讯作者: 久保和範，西岡達矢，五十棲竜大，宮里義昭

An Experimental Study on Choking Phenomena of Two-Dimensional Convergent Nozzles

二维收敛喷嘴阻塞现象的实验研究

• 发表时间: 2011
• 作者: Kubo,K.;Miyazato,Y.;and Matsuo,K.
• 通讯作者: and Matsuo,K.