赤外線カメラを利用した対流熱伝達の非定常測定
１．測定原理
通電加熱された金属箔を流体の中に置くと、固体壁(金属箔)－流体間の熱伝達によって、金属箔に温度分布・変動が現れます。これを高速度赤外線カメラで測定することにより、乱流に起因した高速で複雑な熱伝達の変動挙動を調べることができます。
２．周波数応答と空間分解能
伝熱面（通電加熱された金属箔）の熱容量が十分に小さければ高速な熱伝達変動を捉えることができますが、実際には変動周波数が上昇すると温度変動振幅が減衰し、ある周波数以上では赤外線カメラのノイズに埋もれて温度変動が検知できなくなります。同様に、伝熱面の面方向の熱伝導が十分に小さければ空間的に細かな熱伝達構造を捉えることができますが、実際には空間波数が上昇（波長が減少）すると温度分布の振幅が減衰し、ある波数以上では赤外線カメラのノイズに埋もれて温度分布が検知できなくなります。ここでは、赤外線カメラで検知可能な変動周波数および空間波数の一般関係式を解析的に導出しました。
【 主な文献 】
- 導電性薄膜を伝熱面とした対流熱伝達測定の周波数応答および空間分解能, 機論B, 73-726 (2007), 601-609
- Frequency Response and Spatial Resolution of a Thin Foil for Heat Transfer Measurements Using Infrared Thermography, Int. J. Heat and Mass Transfer, 52 (2009), 5040-5045
３．乱流境界層の測定（定量測定の検証）
本測定手法が空気への乱流熱伝達測定に有効であることを確かめるため，平板乱流境界層に伴う熱伝達の時空間分布測定を試みました。熱伝達の時空間構造は伝熱面の熱容量･熱伝導によって減衰しますが、熱伝達率を定量的に求めるために、逆解析（伝熱面内部の非定常熱伝導解析）を行って減衰を復元しました。その結果、温度ストリークの挙動に支配された熱伝達の時空間構造をはっきりと捉えることができ、本手法が、空気への乱流熱伝達現象を把握する上で有効な手段となることが示されました。
【 主な文献 】
- 導電性薄膜を伝熱面とした対流熱伝達の時空間分布測定, 機論B, 73-733 (2007), 1906-1914
- Measurements of Time-Space Distribution of Convective Heat Transfer to Air Using a Thin Conductive-Film, 5th Int. Symp. on Turbulence and Shear Flow Phenomena (2007) München, Germany, pp.773-778
- Quantitative Evaluation of Spatio-Temporal Heat Transfer to a Turbulent Air Flow Using a Heated Thin-Foil, Int. J. Heat and Mass Transfer, 64 (2013), 892-902
４．剥離・再付着流れの測定
後向きステップ流れなど剥離・再付着を伴う流れ場において、熱伝達の時空間分布を測定しました。熱伝達の時間平均的な特性はこれまでにも数多く測定されてきましたが、今回の測定で、例えば以下のことが新たに明らかになりました。(1) 流れが再付着する位置では熱伝達にスポット的な構造が現れ、時空間的に激しくかつ複雑に変動する。(2) その構造には、スパン方向（流れと垂直方向）にステップ高さ程度の周期性が存在する。
