特表 2024-536401 対流熱伝達率と境界層の厚さの検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-04

(54)【発明の名称】対流熱伝達率と境界層の厚さの検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/18 20060101AFI20240927BHJP

   G01K 7/02 20210101ALI20240927BHJP

   G01K 17/20 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01N25/18 D

G01K7/02 Z

G01K17/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024520982

(86)(22)【出願日】2022-10-07

(85)【翻訳文提出日】2024-05-28

(86)【国際出願番号】 EP2022077935

(87)【国際公開番号】W WO2023057625

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】102021211392.3

(32)【優先日】2021-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】504174917

【氏名又は名称】フラウンホッファー－ゲゼルシャフト・ツァー・フォデラング・デル・アンゲワンテン・フォーシュング・エー．ファウ．

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー エアハルト

(72)【発明者】

【氏名】フィッセル ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】シンプソン ジョン カレン

【テーマコード（参考）】

2F056

2G040

【Ｆターム（参考）】

2F056YP10

2G040AB08

2G040BA14

2G040BA25

2G040CA02

2G040DA03

2G040EA08

2G040HA01

2G040ZA08

(57)【要約】

本開示は、周囲で流れが発生する本体（６）の表面（６５）の上方の境界層の厚さを決定するための境界層センサー（１）に関する。前記センサーは、第１の温度測定装置（３１）、第２の温度測定装置（３２）、および第３の温度測定装置（３３）を有し、それぞれが、周囲で流れが生じる本体（６）の表面（６５）から所定の距離（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）を隔てて配置されており、少なくとも第２の温度測定装置（３２）および第３の温度測定装置（３３）は、少なくとも１本のワイヤ（２１、２２、２３、２４）を含むか、または少なくとも１本のワイヤ（２１、２２、２３、２４）からなり、ワイヤ（２１、２２、２３、２４）は、表面（６５）から表面に隣接する半空間内に延在し、直径が約３００μｍ以下である。本開示はまた、このような境界層センサーを有する風力タービン、車両、航空機、室内環境測定装置、または船舶、ならびに境界層の厚さの検出方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体（６）の表面（６５）上の対流熱伝達率ｈ_Ｃの検出方法であって、第１の温度（Ｔ_Ｏ）、第２の温度（Ｔ_Ｘ）および第３の温度（Ｔ_Ｌ）がそれぞれ、前記周囲で流れが発生する本体（６）の前記表面（６５）から所定の距離（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）を隔てて測定され、少なくとも第１の温度測定装置（３１）と第２の温度測定装置（３２）と第３の温度測定装置（３３）とが、前記温度（Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｘ、Ｔ_Ｌ）を測定するために使用される方法において、
前記対流熱伝達率ｈ_Ｃは、前記温度（Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｘ、Ｔ_Ｌ）、前記表面（６５）上の温度を測定するための前記第２の装置（３２）の前記距離Ｘ２および熱伝導率λ_Ｍから下式のように決定される、
ことを特徴とする対流熱伝達率ｈ_Ｃの検出方法。

【数1】

【請求項2】

周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体（６）の表面（６５）の上方の境界層の厚さｄの検出方法であって、第１の温度（Ｔ_Ｏ）、第２の温度（Ｔ_Ｘ）および第３の温度（Ｔ_Ｌ）がそれぞれ、前記周囲で流れが発生する本体（６）の前記表面（６５）から所定の距離（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）を隔てて測定され、少なくとも第１の温度測定装置（３１）と第２の温度測定装置（３２）と第３の温度測定装置（３３）とが、前記温度（Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｘ、Ｔ_Ｌ）を測定するために使用される方法において、
前記境界層の厚さｄは、前記温度（Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｘ、Ｔ_Ｌ）および前記表面（６５）上の温度を測定するための前記第２の装置（３２）の前記距離Ｘ２から、下式のように決定され、

【数2】

ここで、λ_Ｌは前記表面（６５）の周囲の流動媒体の熱伝導率を示し、λ_Ｍは前記温度測定装置（３１、３２、３３）の熱伝導率を示す、
ことを特徴とする境界層の厚さｄの検出方法。

【請求項3】

前記表面（６５）から前記第２の温度（Ｔ_Ｘ）の測定位置までの距離である前記距離Ｘ２が、１ｍｍ～３ｍｍまたは２ｍｍである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の温度（Ｔ_Ｏ）が前記表面（６５）の温度に対応するように、前記距離Ｘ１が０ｍｍである、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記距離Ｘ３が、前記第３の温度（Ｔ_Ｌ）が前記周囲で流れが発生する本体（６）の周囲の温度に対応するように、大きい距離である、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記距離Ｘ３が９ｍｍ～２０ｍｍの間で選択される、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記距離Ｘ３が１０ｍｍ～１４ｍｍの間で選択される、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記距離Ｘ３が１１ｍｍ～１６ｍｍの間で選択される、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の温度測定装置（３１）、前記第２の温度測定装置（３２）および前記第３の温度測定装置（３３）が熱電対によって形成され、第１の熱起電力（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ）Ｕ_１が前記第１の温度測定装置（３１）と前記第３の温度測定装置（３３）との間で測定され、第２の熱起電力Ｕ_２が前記第２の温度測定装置（３２）と前記第３の温度測定装置（３３）との間で測定される、
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

以下のパラメータΛが校正測定によって決定される、
ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【数3】

【請求項11】

前記校正測定がレーザー微分干渉法によって実施される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体の表面上の対流熱伝達率の検出方法に関する。この方法においては、流れが発生する本体の表面から所定の距離を隔てて、第１の温度、第２の温度および第３の温度がそれぞれ測定され、少なくとも、第１の温度測定装置と第２の温度測定装置と第３の温度測定装置とが、温度測定のために使用される。本開示はまた、周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体の表面上の境界層の厚さの検出方法であって、周囲で流れが発生する本体の表面から所定の距離を隔てて、３つの温度をそれぞれ測定する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

加熱面の対流熱伝達率を決定する装置は、独国特許出願公開第１０ ２０１６ １０７ ２１２号明細書から知られている。この公知の装置は、対流面の表面温度と周囲温度との間の温度差、および境界層内の対流面近傍の温度と周囲温度との間のさらなる温度差を測定する。このよく知られたセンサーは、境界層内の温度プロファイルが、対流熱伝達率を定数とする指数曲線を含むという洞察に基づいている。したがって、３つの支持点を決定することにより、指数曲線を決定し、そこから対流熱伝達率を決定することができる。この公知の装置は、以下においてＣＨＭセンサーと呼ぶこともある。

【0003】

あるいは、対流面上の気温の指数関数的な降下は、レーザー微分干渉計（ｌａｓｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて光学的に測定することもできる。この種の測定セットアップを用いれば、温度プロファイルを正確に検出することができ、したがって対流熱伝達率ｈ_Ｃの正確な検出が可能となる。しかし、技術的設備の量が非常に多いので、この種の測定は日常的な測定には適さない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザー微分干渉法によって光学的に決定される対流熱伝達率の測定値は、独国特許出願公開第１０ ２０１６ １０７ ２１２号明細書により公知である、境界層における熱電対の設計を用いて測定された値とは異なることが示されている。したがって、先行技術に基づき、本開示の目的は、公知の光学的測定よりも必要な技術的設備が少ないにもかかわらず、同様に正確な測定結果を提供する、対流熱伝達率の検出方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示によれば、この目的は、請求項１に記載の方法および請求項２に記載の方法によって達成される。

【0006】

本開示によれば、対流熱伝達率ｈ_Ｃを検出するために、周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体の表面上の少なくとも３つの温度を測定することが提案される。温度を測定するために、少なくとも第１の温度測定装置、第２の温度測定装置、および第３の温度測定装置を用いることができ、これらはそれぞれ、周囲で流れが発生する本体の表面から所定の距離に、そしてそれぞれの場合において異なる距離を隔てて配置される。本開示のいくつかの実施形態において、少なくとも３つの温度測定装置は、抵抗温度計および／または熱電対であることができる。本明細書では、周囲で流れが発生する本体の表面からの距離は、それぞれの温度測定装置と表面との間の法線ベクトルの長さとして定義される。

【0007】

本開示のいくつかの実施形態では、第１の温度測定装置は、周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体の表面上に直接配置され、第３の温度測定装置は、それが周囲温度を構成するように、表面からより長い距離を隔てて配置される。第２の温度測定装置は、境界層内に、例えば約１ｍｍから約３ｍｍの間の距離を隔てて配置される。

【0008】

本開示によって、温度測定装置のリード線および／または機械的固定装置を介して流出する熱が、測定値の錯誤につながることが判明した。従来技術では、この熱の流れはこれまで考慮されていなかったため、対流熱伝達率ｈ_Ｃは、流動媒体の熱伝導率λ_Ｌ、第２の温度測定装置の距離Ｘ２、および３つの測定温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｘ、Ｔ_Ｌから、境界層内の温度の乱れのない指数曲線を仮定した以下の式から決定されていた。

【数1】

【0009】

しかし、本開示によれば、温度測定装置の個々の構成要素を介した熱伝導のために、点Ｘ２における温度Ｔ_Ｘは、乱れのない指数関数的な温度曲線から逸脱した異なる値をとることがわかった。したがって、本開示によれば、対流熱伝達率ｈ_Ｃは、測定された温度、第２の温度測定装置の距離Ｘ２、および本開示に従って使用される装置の熱伝導率λ_Ｍから、以下の式のように正しく決定されるべきであることが知見された。

【数2】

【0010】

このようにして測定された対流熱伝達率ｈ_Ｃは、レーザー微分干渉計によって測定された値に実質的に対応し、対流熱伝達率ｈ_Ｃは、本開示によれば、かなり少ない技術設備によって得ることができる。このように、本開示によれば、対流熱伝達率を検出するために、３つの温度測定装置のみを含む公知の装置を使用し、検出された測定値の修正された評価によって精度の著しい改善を達成することが提案される。

【0011】

同様に、本開示のいくつかの実施形態では、周囲で流れが発生しかつ／または加熱される本体の表面の上方の境界層の厚さｄを決定することも可能である。ここでの境界層の厚さｄは、周囲で流れが発生する表面の上方で、表面と環境との間の最大温度差がｅ^－１、すなわち約３６．７８８％まで低下したときの距離Ｘ＝ｄを示す（ｅはオイラー数を示す）。対流熱伝達率ｈ_Ｃは、流動媒体の熱伝導率λ_Ｌと境界層の厚さｄからｈ_Ｃ＝λ_Ｌ・ｄ^－１のように計算できるため、境界層の厚さｄは、測定温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_ＸおよびＴ_Ｌ、表面上の温度を測定するための第２の装置の距離Ｘ２、および流動媒体の熱伝導率λ_Ｌとセンサー配列の熱伝導率λ_Ｍから次の式のように求められる。

【数3】

【0012】

本開示のいくつかの実施形態において、第３の温度Ｔ_Ｌが測定される距離Ｘ３は、約９ｍｍ～約２０ｍｍであり得る。本開示の他の実施形態では、距離Ｘ３は、約１０ｍｍ～約１４ｍｍであり得る。本開示のさらに他の実施形態では、距離Ｘ３は、約１１ｍｍ～約１６ｍｍとなるように選択することができる。これにより、第３の温度測定装置を使用して、表面温度にほとんど影響されない周囲温度を確実に測定することができる。

【0013】

本開示のいくつかの実施形態では、第１の温度測定装置、第２の温度測定装置、および第３の温度測定装置は、それぞれ熱電対によって形成することができ、第１の熱起電力（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ）Ｕ_１は、第１の温度測定装置と第３の温度測定装置との間で測定され、第２の熱起電力Ｕ_２は、第２の温度測定装置と第３の温度測定装置との間で測定される。本開示によれば、境界層の厚さｄまたは対流熱伝達率ｈ_Ｃを測定するために、第１および第３の温度測定装置、または第２および第３の温度測定装置の温度差のみを相関させることが提案されているので、これらの温度差は、測定された熱起電力によって直接表すことができる。これにより、対流熱伝達率を表す電気信号を、アナログ演算回路などの技術設備をほとんど使用せずに直接生成できるため、測定値の評価が容易になる。この種のアナログ演算回路は、例えばオペアンプによって実現できる。

【0014】

【0015】

本開示のいくつかの実施形態では、校正測定はレーザー微分干渉法を用いて実施することができる。レーザー微分干渉法は非接触での測定値を提供するため、乱れのない境界層の実際の温度Ｔ_Ｘを測定するために使用することができる。このようにして得られた測定値を、第２の温度測定装置の測定値と比較することにより、本開示によるセンサーを簡単な方法で校正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】公知のＣＨＭセンサーの概略図である。

【図2】熱流を説明するためのＣＨＭセンサーの等価回路図である。

【図3】本開示による測定信号の評価と公知の測定信号の評価による対流熱伝達率対流速の比較を示す。

【図4】本開示による測定値と従来技術による測定値を評価した場合における、異なる対流熱伝達率の表面から第２の温度測定装置までの距離Ｘ２に対する第２の温度測定装置の測定値を示す。

【図5】異なる校正値（λ）に対する一定の熱伝達率における第２の温度測定装置の測定値を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面および例示的な実施形態に基づいて本開示をより詳細に説明する。

【0018】

図１は、表面６５を有する、周囲で流れが発生する本体６の断面図を示す。本体６は、例えば、車両または航空機または船舶の一部とすることができる。本開示の他の実施形態では、本体６は風力タービンの一部とすることができる。本開示のさらに他の実施形態では、本体６は、対流熱伝達率および／または環境との輻射熱の交換を測定する室内環境測定装置の一部とすることができる。境界層センサー１の動作中、強制流または対流が本体６の周囲を流れ、表面６５に隣接する本体６の半空間に流れが形成される。この流れは、本体６または表面６５に対して少なくとも部分的に平行に流れることができる。本開示によれば、境界層センサーまたはＣＨＭセンサー１は、境界層の厚さおよび／または表面６５の上方の対流熱伝達率ｈ_Ｃを検出するために使用される。

【0019】

境界層センサー１は、３つの温度または２つの温度差を検出するように設計されている。この目的のために、境界層センサーは、表面６５から第１の距離Ｘ１を隔てて配置された第１の温度測定装置３１を有する。図示された例示的な実施形態では、第１の温度測定装置３１は表面６５上に直接配置されている。したがって、距離Ｘ１は０ｍｍである。

【0020】

さらに、境界層センサー１は、表面６５の上方の距離Ｘ２の位置に配置された第２の温度測定装置３２を有する。この距離Ｘ２は、例えば、１ｍｍから約３ｍｍの間とすることができる。距離Ｘ２は、第２の温度測定装置３２が表面６５の上方に形成される境界層内に位置するように選択される。

【0021】

最後に、境界層センサー１は、表面６５の上方に距離Ｘ３を隔てて配置される第３の温度測定装置３３を有する。この距離Ｘ３は、例えば、約９ｍｍと約２０ｍｍとの間、または約１０ｍｍと約１４ｍｍとの間、または約１１ｍｍと約１６ｍｍとの間とすることができる。距離Ｘ３は、第３の温度測定装置が、境界層の外側で表面６５の上方を流れる媒体の周囲温度を測定するように選択される。したがって、表面６５の上方の距離Ｘ３は、予想される流速に基づいて、流速が遅い場合には長い距離が選択され、流速が速い場合には短い距離が選択されるように、選択することができる。

【0022】

図示された例示的な実施形態では、第１、第２および第３の温度測定装置３１、３２および３３は、熱電対として設計されている。この目的のために、境界層センサー１は、第１の材料からなる第１のワイヤ２１を有する。この第１のワイヤ２１の一端は、第２のワイヤ２２の一端に接続されている。この第２のワイヤ２２は、接触点で熱起電力を形成することができるように第２の材料でできており、熱起電力は表面６５の温度Ｔ_Ｏの測定値を表す。

【0023】

第１のワイヤ２１は、また、表面６５から距離Ｘ３を隔てて配置された第２の端部を有する。この端部には、第４のワイヤ２４との第３の接触点が形成される。この接触点は、温度Ｔ_Ｌを測定するための第３の温度測定装置３３を形成する。同様に、第３のワイヤ２３とのさらなる接触点が、第１のワイヤ２１の長手方向の延長に沿って配置される。この接触点は、温度Ｔ_Ｘを測定するための第２の温度測定装置３２を形成する。

【0024】

本開示のいくつかの実施形態では、このようにして２つの熱起電力を測定することができる。第１の熱起電力は、第２のワイヤ２２と第４のワイヤ２４との間の第１の測定装置４１によって測定され、第２の熱起電力は、第４のワイヤ２４と第３のワイヤ２３との間の第２の測定装置４２によって測定される。したがって、第１の熱起電力は温度差Ｔ_Ｏ－Ｔ_Ｌの測定値である。第２の熱起電力は温度差Ｔ_Ｘ－Ｔ_Ｌの測定値である。

【0025】

境界層センサー１は、粘着テープ７を用いて簡単な方法で表面６５に取り付けることができる。このため、境界層センサー１は、例えば流路での実験などの一時的または移動式の使用にも適している。さらに、粘着テープにより、表面の形状を乱すことなく取り付けることができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、境界層センサー１は、温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｘを測定するための装置３１、３２、３３を、その意図された位置に保持するさらなる要素、特に機械的固定装置を備えていてもよい。これにより、距離Ｘ２、Ｘ３の変形や変化を防止し、および／または、境界層センサー１の機械的損傷のリスクを低減することができる。

【0027】

表面６５上の境界層内の温度プロファイルは指数関数に従う。そのため、測定値を評価するための公知の方法は、基本的に、測定値Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｘから指数関数の係数を導出することに基づいており、これらの係数は境界層の厚さおよび／または対流熱伝達率を表す。しかし、本開示によれば、第１、第３および第４のワイヤ２１、２３、２４、ならびに任意選択の機械的支持構造体または機械的固定装置が、距離Ｘ２における測定値Ｔ_Ｘを歪ませる熱流を導出するために使用されることが判明した。その結果、境界層センサー１によって決定された対流熱伝達率ｈ_Ｃは、レーザー微分干渉法によって非接触で測定された対流熱伝達率ｈ_Ｃとは異なる。そこで本開示では、境界層の厚さｄおよび対流熱伝達率ｈ_Ｃをより正確に検出するために、第１および第２の熱起電力の代替評価を提案する。本開示による式の導出を図２に基づいて説明する。

【0028】

図２は、図１に示したセンサーの熱等価回路図を示す。第１の温度測定装置３１、第２の温度測定装置３２および第３の温度測定装置３３は、ここでは、これらの装置によって測定された温度レベルＴ_Ｏ、Ｔ_ＸおよびＴ_Ｌによってそれぞれ示される。温度Ｔ_Ｏを有する表面６５から温度Ｔ_Ｌを有する周囲の半空間への対流熱伝達により、熱量ｑ２＋ｑ４がセンサー１に沿って流れる。この点に関して、以下の式が適用される。

【数4】

【0029】

さらに、第１のワイヤ２１、第３のワイヤ２３および第４のワイヤ２４、ならびに図１には示されていない、存在し得る機械的支持構造体に沿った熱伝達により、熱量ｑ１＋ｑ３が表面６５から流れる。この点に関して、以下の式が適用される。

【数5】

【0030】

図２で説明したように、センサーに沿った熱流は、電気工学で周知のキルヒホッフの法則に従って電気等価回路図で表すことができ、それぞれの温度レベルは電圧に対応し、熱流密度は電流に対応する。したがって、図２に示す等価回路図には、次のキルヒホッフの第１法則が適用される。

【数6】

【0031】

さらに、キルヒホッフの第２法則が適用される。

【数7】

【0032】

（輻射熱を無視した）表面６５から発せられる対流熱の総量は、表面６５と表面６５の周囲の媒体との間の温度差に相当する。したがって、次式が適用される。

【数8】

【0033】

これは、次式のようになる。

【数9】

したがって、次式のようになる。

【数10】

このことから、次式のようになる。

【数11】

【0034】

以下、例示的な実施形態により、本関係をより詳細に説明する。表面温度Ｔ_Ｏが２０℃である表面６５を考える。表面６５は、空気温度Ｔ_Ｌ＝０℃である環境に位置している。温度Ｔ_Ｏを測定するための第１の装置３１および温度Ｔ_Ｌを測定するための第３の装置３３に加えて、センサー１は、表面６５からＸ２＝２ｍｍの距離にある温度Ｔ_Ｘを測定するための第２の装置３２も備えている。図示された例示的な実施形態では、測定温度Ｔ_Ｘ＝１７．１℃である。

【0035】

本開示に従って使用されるセンサーは、校正係数Λ＝３０Ｗ・ｍ^－２・Ｋ^－１を有する。本開示に従って得られた測定値Ｔ_Ｏ－Ｔ_ＬおよびＴ_Ｘ－Ｔ_Ｌを評価する場合、対流熱伝達率ｈ_Ｃは、次式から得られる。

【数12】

したがって、本開示によれば、対流熱伝達率ｈ_Ｃ＝５Ｗ・ｍ^－２・Ｋ^－１である。

【0036】

この結果、総熱流束密度は１００Ｗ・ｍ^－２となる。図２に示す部分熱流束密度は、次のようになる。
ｑ_１＝８５．５Ｗ・ｍ^－２
ｑ_２＝１４．５Ｗ・ｍ^－２
ｑ_３＝１４．５Ｗ・ｍ^－２
ｑ_４＝８５．５Ｗ・ｍ^－２

【0037】

従来技術に従って得られた測定値Ｔ_Ｏ－Ｔ_ＬおよびＴ_Ｘ－Ｔ_Ｌを評価する場合、対流熱伝達率ｈ_Ｃは次式から得られる。

【数13】

このようにして計算された対流熱伝達率の値は、ｈ_Ｃ＝２．１７Ｗ・ｍ^－２・Ｋ^－１となる。これから、総熱流量は４３．４Ｗ・ｍ^－２と計算される。従来技術によれば、センサーの材料を介した熱流は考慮されていないため、第２の温度測定装置３２の測定値Ｔ_Ｘの量は体系的に過大評価され、その結果、図示された例示的な実施形態では約５６％の測定誤差が生じる。

【0038】

例示的な実施形態において上述した状況を、図３～４に基づいて以下に再度説明する。図３において、縦軸は対流熱伝達率ｈ_Ｃを、横軸は流速ｖ（単位：ｍ・ｓ^－１）を示す。この図は、図１に示したセンサーを用いて風洞内で測定された対流熱伝達率ｈ_Ｃの値を流速に対して示しており、公知の方法に従って測定値を評価した場合（×）と、本開示で提案された方法に従って測定値を評価した場合（〇）を示す。図３は、従来技術による対流熱伝達率の測定値が体系的に過小評価されていることを示しており、流速ｖが増えるにつれて測定誤差が大きく増加している。本開示によれば、それ自体公知の熱センサーを用いて、高い流速であっても、対流熱伝達率ｈ_Ｃの測定値を精度良く検出することが初めて可能になった。

【0039】

図４は、センサー１の材料を介して流出または侵入する熱流が測定値Ｔ_Ｘに及ぼす影響を、距離Ｘ２に基づいて示している。ここで、縦軸にはケルビン単位の測定値Ｔ_Ｘ－Ｔ_Ｌが対数スケールでプロットされ、横軸には温度Ｔ_Ｘを測定するための第２の装置３２の距離Ｘ２がプロットされている。合計６つの曲線が示されており、３つの異なる対流熱伝達係数についてそれぞれ２つずつの曲線が対応している。ここで、各曲線は以下の通り。

【表1】

【0040】

図４は、特に対流熱伝達率が大きく、センサーの形状が比較的大きい場合、すなわち距離Ｘ２が大きくなる場合、本開示による方法により精度が大幅に向上することを示している。

【0041】

【0042】

図５は、パラメータΛの増加に伴い、測定値Ｔ_Ｘがほぼ対数的に増加することを示している。加えて、図５は、特に機械的に堅牢なセンサーでは、大量の材料が使用されているために熱伝導率λ_Ｍが大きく、測定値にかなりの誤差が生じ、その誤差は２倍以上になり得ることを示している。

【0043】

もちろん、本開示は図示の実施形態に限定されない。したがって、上記の説明は限定的なものではなく、説明的なものとみなされるべきである。以下の特許請求の範囲は、示された特徴が本開示の少なくとも１つの実施形態に存在することを意味するものとして理解されるべきである。これは、さらなる特徴の存在を排除するものではない。明細書または特許請求の範囲が「第１」の特徴および「第２」の特徴を定義する限り、この呼称は、優先順位を確立することなく、類似の特徴を区別するために使用される。これらの成果につながる研究は、欧州連合から資金援助を受けている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】