論文の公開元へYAG:Dyを用いた燐光温度測定法による二次元断面温度分布計測に関する研究 (本文)
概要
本章では燐光温度測定法による二次元断面温度分布計測に関する本研究の導入を図る．１．１節では社会的背景として化石燃料からのエネルギー変換，熱エネルギーの効率的利用と温度分布計測の重要性について概観する．１．２節では，二次元温度分布計測，特に二次元断面温度分布計測の現状とその課題を俯瞰した上で本研究の着想に至った経緯について記して学術的背景とする．１．３節では本研究の目的・効果・意義について明らかにする．そして１．４節で本研究の遂行方法を四つのフェーズに沿って提示するとともに，１．５節で本論文の構成を示す．
１．１ 社会的背景
１．１．１ 化石燃料の需要
歴史を振り返ってみれば，1769 年の James Watt による石炭を燃料とする高効率蒸気機関の開発はその後の産業革命の一つの原動力となった．さらに，19 世紀以降，電気1が照明，動力，通信などに利用され始めると石炭需要は益々増加した．他方では 20 世紀初頭には，いわゆる Big Three2が相次いで設立されて，本格的なモータリゼーションの幕開けとなった．すなわち，鉄道・第二次産業・発電・自動車という化石燃料の大量消費の加速とともに，わずか 120 年余の間にエネルギーの消費量は飛躍的に増加した．現在，世界のエネルギー消費量のうち 80 %以上が石油・石炭・天然ガス等の化石燃料に依存しており[IEA2019]，世界人口の増加および特に BRICS3を中心とした発展途上国での産業が進展することにより今後の化石燃料需要はさらに増加するものと予想されている．
化石燃料の他，再生可能エネルギーと原子力，といういわば対極的な方略も模索されている．再生可能エネルギーは太陽光，風力，地熱，潮汐等の，多くは太陽を淵源とした，半永久的に持続可能なエネルギー源である．しかし，再生可能エネルギーの供給量は，特に太陽光や風力などにおいて大きく変動し，年間あるいは日間の電力の供給量と需要量は少なからず乖離することは容易に推測される．そのため，さらなる需給調整のためには蓄電技術開発などの問題は無視できない．
1 本論文では電気・電力・電気エネルギーという類似用語を文脈に応じて使い分ける．
2 1903 年にFord Motor Company，1908 年にGeneral Motors Company，1925 年には Chrysler Corporation．
3新興国の中でも特に工業化が著しい，Brazil・Russia・India・China・South Africa，の国家群の総称である．
先進国を含む欧米諸国では，原子力のエネルギー源としての利用については二分する現実がある．脱原子力発電を推進するドイツ・イタリアなど[IEA2016]に対し，フランス・フィンランドなど積極的に原子力の利用を推進する国も散見される．その他，中国・米国などは豊富な国内埋蔵量から化石燃料と原子力の双方により膨大なエネルギー需要を満たしているのが現状である．
我が国に限定してエネルギー問題を俯瞰すれば，明治以後，石炭に依存してきた従前のエネルギー事情は次第に石油・天然ガスへと重心が変化するとともに原子力利用が推進され 2010 年には発電に限定すれば発電エネルギー源の割合は約 19.1 %ともなっていた[経産省 2015]．しかし，2011 年に発生した福島第一原子力発電所の炉心溶融事故以降，原子力発電の割合は一旦 0ともなった後は微増傾向であり依然として石炭を中心とする化石燃料への依存度は大きく，2020 年現在の化石燃料依存度は 85.5%である[経産省 2019a]．
現在の我が国の電力と自動車燃料が大部分を占める 1 次エネルギー全体の約 9 割は化石燃料で賄っており，国民の暮らしや経済活動は化石燃料に支えられている現実がある[経産省 2019b]．電気自動車あるいは水素電池自動車の普及を前提としても，その水素の発生に大量の商用電力を必要とするなど，結局は化石燃料でそれらを賄っているというジレンマがあることも否定できない．さらに我が国は特に 3.11 原発事故以来，政府・国民の双方において原子力利用については慎重な立場をとっており，今後も化石燃料への依存体質は少なからず維持されるものと考えられる．
１．１．２ 効率的な熱エネルギーの利活用
ここで，発電を例として取り上げて燃料の効率的な利用について考える．火力発電でのエネルギー変換は，次のような模式的な流れとなる．すなわち，燃料の化学エネルギー→<燃焼>→熱エネルギー→<ボイラー・タービン>→運動エネルギー→<発電機>→電気エネルギー，である．自動車・船舶・航空機のエンジンなどでも類似した議論が可能であり，次のような共通的事項が見出される．すなわち，燃料の効率的な利用とは，燃料から無駄なく熱を取り出し，その熱から無駄なく機械的仕事を得ることと極論することができる．これより熱エネルギーの扱いが重要となるものと指摘できる．一方，我が国は世界の中でも地域間，季節間の寒暖差が比較的に大きく，冷暖房などの空調設備が必須であり熱エネルギーの直接的な効率的利用も必要となる．また，太陽光のエネルギー利用として光電効果(Photoelectric Effect)を利用した太陽光発電の他，太陽炉(Solar Furnace)と硝酸溶融塩など熱媒体を用いた太陽熱発電の研究開発も取り組まれている．さらに，スマートグリッドの重要要素である大量の電力の蓄電方法として揚水発電，化学的バッテリーの他，熱媒体による蓄熱の可能性も大きく期待されるところである[藤井 2016]．このように内燃機関・外燃機関を中心として産業・交通・生活などにおいて熱が主役あるいは中心的役割を果たす場面は決して少なく無い．
さて，一般に，エネルギー間の変換には熱力学第二法則などによるロスを伴い，そのロスの大半は無駄な熱エネルギーとして放出される．さらにはロス分の熱エネルギーの相応の部分は単なるエネルギー的な損失のみならず，光熱による危険性，熱公害，その機器の品質低下，経年劣化の要因としても無視できない[日本機械学会 2002]．
熱エネルギーは一般に輸送や貯蔵が容易ではないことから，その生産と消費を距離的にも時間的にも密に結合する必要がある．そのため，熱電一体のエネルギー融通をした地産地消の考え方も化石燃料あるいは再生可能エネルギーの効率的利活用となると考えられる．例えば典型例としては，地域冷暖房システムという火力発電所やごみ焼却施設の近くに温水プール・入浴施設を設置することで排熱を有効利用する例がある．
熱の管理という観点から化石燃料の効率的な利活用について重要なことはエンジン・ガスタービン・焼却炉・ボイラ・工業用プラントなどに関する製品の性能向上・品質向上であり，その研究・開発は我が国の工業分野で長年取り組まれてきたものの，その成果は必ずしも十分とはいえない．
１．１．３ 温度計測の重要性
温度は熱という物理現象を把握するための代表的なパラメータであり，温度を可能な限り正確に把握，すなわち温度を計測/測定4して設計に反映することが，機能・性能・品質の良好な製品の実現に不可欠である．熱は物質の力学的挙動でありながら，温度は物質・物体の化学的性質と物理的性質の双方に関与する．
化学反応を制御する上で温度は重要なパラメータであり，多くの内燃機関において CO・NOx・ SOx・ダイオキシンなどの有害物質の排出量や熱放射などとも密接に関与する．また，流体の密度と粘度，ひいては様々な力学的特性にも影響するため，流体場を解析する上でも重要となる．それに加えて，内燃機関の性能向上に取り組む際には，これらの製品の熱効率は温度に依存し，特に表面温度は装置の熱損失，製品の信頼性および耐用年数にも影響する．
4 計測と測定という用語は一般に明確な線引きはできないが，JIS-Z8103 では「計測とは，特定の目的をもって，測定の方法および手段を考究し，実施し，その結果を用いて所期の目的を達成させること．測定とはある量をそれと同じ種類の量の測定単位と比較して，その量の値を実験的に得るプロセス．と定義されている．本論文の範囲では単独の熱電対などによる単純な温度の計量に対して「測定という用語を基本的に用いるとともに，本研究の目的である温度分布の計量に対して「計測という用語を用いることとするが，絶対的な基準ではなく，文脈に応じて使い分ける．
そのような理由から，全般的な機械・機器類の中でも特に，エンジン・ガスタービン・焼却炉・ボイラ・工業用プラントなどで温度は物理的測定値の中で最重要項目ともいえる．工業上，解析の課題となりやすい具体的な事例として，電子部品の局所的な加熱，触媒反応などにおける温度分布のバラツキ，自動車を始めとした内燃機関の燃焼室壁面での熱損失，金属などの表面処理などがあり，その応用は多岐にわたる．温度の具体例としては，ガソリンエンジンのシリンダ上部：300～400 ℃，ピストン上部：250～350 ℃，点火プラグ：500～600 ℃，排気弁：500～650 ℃，排気ガス温度：400～700 ℃，CPU：50～60 ℃，ボイラ蒸気：300 ℃，である．
熱エネルギーの効率的な発生・消費・蓄積・輸送の状態分析においては，そのための機器類の温度分布は極めて重要な情報となる．したがって，温度あるいはその分布に関わる物理現象に基づき製品設計することが重要となり，温度分布計測は工業用製品の持続的な向上を支える基盤技術のひとつであると指摘できる．
以上の社会的背景によれば，次に掲示する事項の重要性を指摘できる．1)内燃機関の燃焼効率を高めること，2)内燃機関からの有害物質の排出を最小限とすること，3)内燃/外燃機関からの力学エネルギーへの変換効率を高めること，4)機械機器からの無駄な熱排出を削減すること，である．これらの実現においては，熱を監視・支配する，ということに集約されるものと考えられ，そのためよ り正確で，測定温度範囲がより広い温度分布計測法の開発は重要不可欠な課題であると結論付けられる．
１．２ 学術的背景
１．２．１ 二次元温度計測
工業分野での温度の測定/計測の代表的方法は熱電対や測温抵抗体である．それらは簡便な装置により比較的に高精度に計測可能であるとともに電気的信号を得ることから記録・制御も容易といった利点を有する．しかし，侵襲性(Invasive)すなわち測定対象場を乱すこと，放射損失に対して補正が必要なことなどの欠点を有している[Hayhurst1977]．そのため，一般的に高精度で温度測定/計測する際に望まれる性能としては，1)場を乱さなく侵襲性が低いこと，2)測定温度が広範囲であること，3)温度変動に対して速い応答性を持つこと，4)安価で簡便な測定で実現可能であること， 5)電気信号・デジタル信号を出力できること，を挙げることができる．また，燃焼器内の温度分布を明らかにする際に，一定範囲の領域を同時測定することや異常発熱箇所を瞬時に理解する必要があることなどにより，上述条件に加えて，点計測（0 次元計測）ではなく，6)二次元的な温度分布を取得できること，すなわち二次元温度分布計測が求められる場合も多く，さらには三次元温度分布計測が必要となることも少なくない．それに加えて，工業製品の熱輸送特性の問題は，多くの場合固体表面と流体の間の熱の受け渡しで発生し，局所的には固体表面に沿う境界層流れの熱輸送特性が課題となることがほとんどであり，固体表面近傍の温度境界層分布の計測を求められる．
二次元温度分布計測として最も広く用いられている方式はサーモグラフィ(Thermography)である．一方，1980 年代以降からレーザ(Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)な どの光学的な技術の発達と共にレーザを用いた非接触測定法も盛んに研究されており，500 K 以上の流体場や燃焼場の温度計測として LIF 法(Laser-Induced Fluorescence)[Crosley1981]，CARS法(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Spectroscopy)[Maker1965]，燐光温度測定法(Phosphor Thermometry)[Neubert1937]などの光学的な測定法の研究が進んでいる．
ここで二次元温度分布とは測定対象表面に関する温度分布として，i)表面に沿った二次元における温度分布を意味する場合，そして，ii)表面に垂直な平面に沿った二次元における温度分布を意味する場合，が想定される．前者 i)は測定対象物体の表面，後者 ii)は物体と雰囲気の断面あるいは垂直構造を意味しており，本論文では前者 i)を表面温度分布，後者 ii)を断面温度分布，と呼称する．
１．２．２ 従来の温度計測の問題点
二次元断面温度分布計測，特に衝突噴流場における板面近傍の温度境界層分布の計測は，古くは流体中の屈折率の変化を利用するマッハツェンダー干渉計法(Mach–Zehnder Interferometer)など古典的方法がある．その他に熱変色性物質の粒子を流体中に懸濁させて温度境界層など微小領域の温度分布を可視化する感温液晶懸濁法(Thermo Sensitive Liquid Crystal)があるが，感温液晶は 100 ℃以上の温度範囲での適用が困難である[日本機械学会 1998]．そのため，サーモグラフィ・LIF 法・CARS 法・燐光温度測定法のいずれかを用いることで二次元温度分布計測ができると期待されるが，これらの計測手法はそれぞれ利点および欠点がある．
サーモグラフィは簡便な非接触計測法であり非侵襲的という利点を持つが，測定対象は二次元表面温度分布であるとともに，事前に測定対象物の放射率を知る必要があるため汎用性に欠ける [Anselmi‐Tamburini1995]．LIF 法はレーザを用いて化学種を励起させ，それらが基底準位に落ちる際に発する蛍光を観察する二次元断面温度分布計測であり，燃焼を伴う温度計測などで広く用いられている．しかし，計測対象分子の存在時間の制限があり，レーザの励起波長を測定対象物質の吸収波長に同調させるために，十分に調整する必要がある[日本機械学会 1998]．CARS 法は火炎やガス中の分子を励起することで生じる非弾性散乱光を分光して温度を測定する二次元断面温度分布計測であり，検査体積内の温度を高精度で測定できる[Eckbreth1988]．しかし，光学的手法のため高価な測定装置や高度な知識・経験が必要となっている．
燐光温度測定法は，燐光スペクトルまたは燐光寿命の温度依存性を利用した手法であり，燐光体を測定対象表面に塗布することで二次元表面温度分布を計測し，流れ場に散布することで二次元断面温度分布計測も可能となる．なお，燐光とは主にランタン系列原子5が外部からの励起光を照射後もある減衰時定数をもって特定の波長すなわち燐光スペクトルで発光する現象であり，そのような燐光特性を呈する粒子は燐光体と呼ばれる．燐光温度測定法では，計測精度が測温燐光体の物性に依存するため，多くの燐光体が利用対象の候補として調査されている[Childs2000] [Abram2018]．さらには，燐光温度測定法で基本的な測温原理として用いられる燐光スペクトルの温度依存性のバリエーションの可能性は学術的にも期待が大きい．これらの各温度測定法の特長については，第２章において詳述する．
１．２．３ 本研究の着想に至った経緯
温度は前節で指摘したように内燃機関を代表とした工業製品における高効率化・耐久性向上に取り組む上で，500 K を超えて，概ね 800 K 程度までの高温域で二次元温度分布を調査し，物理現象を把握することが必要となる場面は極めて多い．また，衝突噴流は，物体の加熱，冷却，あるいは乾燥のための効率的な手段で工業的に広く使用されており，噴流が壁面に衝突する領域において高い熱伝達率が得られることが知られている．よって，固体表面近傍の伝熱現象および温度境界層厚さを理解することは，工業上の様々な課題を解決することにつながるため，二次元断面温度分布計測は重要な計測技術となると考えられる．
しかし，このような工業上の需要があるにもかかわらず，二次元断面温度分布計測は測定精度や測定装置の複雑さなど各手法に特有の利点・欠点が存在するため，これまでの温度計測手法の研究開発の蓄積は必ずしも十分ではない．
そこで本研究では燐光温度測定法を用いることで，LIF 法や CARS 法と同等の計測精度で，より簡便な二次元断面温度分布計測が実現可能ではないかと考えた．燐光温度測定法は発光性の良い燐光体を利用することで光源および検出系を比較的安価で簡便に組み上げることが可能であり，また，無機燐光物質を利用すれば，その物質の熱的耐性の高さから 1000 K 以上の温度計測が可能となることも期待できる[Khalid2008]．さらには，燐光体の粉体を流体中に分散し，燐光を検出して温度測定をすれば，その粉体は同時に PIV (Particle Image Velocimetry)のトレーサ粒子として使用できるため，速度および温度の同時測定が可能となる[Omrane2008]など，物理現象の定量的な把握や可視化など有効な手段となることが期待される．さらには，燐光温度測定法は微小領域の二次元断面温度分布を把握する上で有効な手段である．現に高温の燃焼室内の温度計測のみでなく，医療やバイオテクノロジの分野ではミリメートル未満の微小領域での温度計測技術が必要である．例えば，有機系の燐光体を用いて，数十 µm 程度の大きさの生きた細胞内の温度分布計測に成功している[Okabe2012]．
このように原理的には，温度範囲として 1000 K 以上を期待できること，非接触の二次元断面温度分布計測が可能であること，微小な領域の高精度な断面温度分布計測が可能であり固体表面近傍の伝熱現象，特に温度境界層厚さの計測が期待できること，他の手法に比較して機器が簡便であること，燐光スペクトルの温度依存性解析の大部分がソフトウェアで実現できるため自由度が高いこと，などの優位性が認められる．以上より，燐光温度測定法を基盤とした二次元断面温度分布計測は社会的な要請に応える一手法であるとともに学術的にも意義深い研究対象であると判断した．
5 ランタン系列とは，周期律表の第 III 属希土類元素のうち，原子番号 57 のランタンから 71 のルテチウムまでの 15 元素の総称である．付録B 参照．
１．３ 本研究の目的・効果・意義
本研究の直接的な目的は，室温から高温域まで非接触・高精度で固体表面およびその付近を対象として二次元断面温度分布計測を実施するための工学的手法を開発することである．ここで高温とは，工業上，比較的に必要性が高い範囲として概ね 800K を目標として定める．この目的から測定の基盤技術として燐光温度測定法を用いる．より具体的には，固体表面近傍の熱輸送現象および流れ現象を理解するために，断面温度分布を持つ計測場において発生する温度境界層厚さを解析し，高精度かつ高い再現性で計測するための工学的知見を見出す．
この目的の達成により，次のような効果が期待される．燐光温度測定法は，微小領域での温度計測においても有効であるため，固体表面近傍の断面温度分布を解析し，可視化できることが期待できる．熱流体機器を性能向上するためにはその物体周囲の温度境界層の高精度な測定が必要となる．しかし，雰囲気中の流れ場の境界層厚さは数 mm 程度と非常に薄いため[Lyford- Pike1984]熱電対などの簡便な手法では温度境界層厚さや表面近傍の断面温度分布を詳細に把握することは極めて困難である．しかし，本提案法によれば，固体表面近傍の二次元断面温度分布を解析することが可能となり，工業上有益な情報を提供でき，これは機械工学・材料物性工学，燃焼工学，物性物理学，への直接的な寄与が期待される．また，本研究で取り組む燐光体を用いた二次元断面温度計測は計測工学の観点からも有益な知見を得ることが期待される．さらに本研究では燐光体を用いた画像解析手法という観点からも画像工学での新知見を得ることも期待される．本研究で述べる二次元断面温度分布計測技術は点計測では不可能であった対象とする場全域を計測することができ，理工学のみならず，農学，医学など広い分野における熱流動現象の解析に有効である．また，本研究で用いる燐光温度測定法は微小領域の二次元断面温度分布を計測・分析ができるため，複雑な流動現象の解明や数値実験の確証などへの有用性も高い．
さらには，熱エネルギーの状態監視という点で二次元断面温度分布計測の意義は大きく，１．１節で指摘した社会的課題の解決につながる工学的基盤を与えるものである．
１．４ 本研究の遂行方法
本研究では，燐光温度測定法による噴流場の二次元温度分布計測の高精度化を目指して研究を遂行する．そのための本研究のアプローチとしては，測温燐光体の探索，酸素消光特性の調査，二次元断面温度分布計測システムの準備，平面衝突噴流場における二次元温度分布計測の実証実験，という流れで実施する．本研究はその流れに沿った四項目のフェーズに分割して遂行される．以下ではそれぞれのフェーズごとに，より具体的な研究遂行方法を提示する．
第一フェーズは，測温燐光体の探索である．燐光温度測定法は，計測精度が測温燐光体の物質特性に依存するため，散布する燐光体の選定は重要である．そこで，室温から 800 K 以上の高温領域への適用が可能となる測温用燐光体の発光中心および母体格子を選定する．それに加えて，測温燐光体を用いる際に計測上重要となる計測する波長域の最適化，すなわち二波長強度比法に使用する光学フィルタ特性の設計も実施する．
第二フェーズは，測温燐光体の酸素消光特性の調査である．燐光体は雰囲気中の酸素分圧によって燐光特性が変化すること，すなわち酸素消光特性を呈することが知られている[Särner2008b]．しかし， 先行研究では十分にその酸素消光特性が明らかとはなっていない[Brübach2007] [Aldén2011]．そこで，第一フェーズで選定された測温燐光体に対して，雰囲気中の酸素濃度を変化させた際の燐光スペクトルおよび燐光寿命（減衰時定数）を調査する．
第三フェーズは，壁面近傍の伝熱現象の解析を目的とした二次元断面温度分布計測システムの検討である．測温燐光体を噴流場に散布し，壁面近傍の伝熱現象を 0.1 mm オーダの空間分解能で二次元断面温度分布を計測するための計測システムの準備と各種パラメータ決定のための予備的実験を実施する．予備的実験では，測温燐光体として使用する粉体の物理量の計測とともに，励起レーザ出力強度，撮影装置のイメージインテンシファイアのゲイン値，の最適値を決定する．
第四フェーズは，平面衝突噴流場における二次元断面温度計測実験である．工業上課題となりやすい，室温の噴流を加熱板に衝突させる平面衝突噴流場を計測対象場として，前フェーズで開発したシステムの有効性の実証実験である．室温の噴流の下流に加熱衝突板を設置することで温度分布を形成し，壁面近傍の流体温度および壁面近傍の温度を 0.1 mm オーダの空間分解能で二次元断面温度分布計測を実施する．そして，参照温度として熱電対での計測結果と比較することで本研究による流体場の燐光温度計測法の妥当性を検証する．
以上の四つのフェーズは順に本論文の第３章から第６章に対応する．
１．５ 本論文の構成
本論文は全７章および付録・参考文献リスト等から構成される．
第１章では燐光温度測定法による二次元断面温度分布計測に関する本研究の導入を図る．１．１節では社会的背景としてエネルギー安全保障における熱エネルギーの効率的利用と温度分布計測の重要性について概観する．１．２節では，二次元温度分布計測，特に二次元断面温度分布計測の現状とその課題を俯瞰した上で本研究の着想に至った経緯について記して学術的背景とする．１．３節では本研究の目的と意義・効果について明らかにする．そして１．４節で本研究の遂行方法を四つのフェーズに沿って提示するとともに，１．５節で本論文の構成を示す．
第２章では燐光温度測定法に関する過去の先行研究の問題点と課題を整理し，本研究の学術的位置づけを明確にする．２．１節では本章の背景について述べる．２．２節では，温度計測の基礎事項について説明し，２．３節では燐光発光の基礎理論を述べる．２．４節では燐光温度測定法の種類を提示したうえで，二波長強度比法の優位性について議論する．２．５節では二波長強度比法に適した燐光体を探索するために，測温燐光体の温度消光特性および酸素消光特性の先行研究を概説し，先行研究の問題点を検討する．２．６節では二波長強度比法による温度計測事例を概観し，その課題を洗い出す．２．７節では二次元温度計測法の中での燐光温度測定法の位置づけを議論し，その課題を明確化する．最後に，２．８節にまとめを述べるとともに，それに基づき以後の本論文の各章の方針を与える．
第３章では，測温燐光体の探索として燐光体の発光中心および母体格子の有力な材料を候補として比較調査し，最適な測温燐光体を選定する．３．１節では本章での検討内容の背景と調査対象について述べる．３．２節では燐光体の発光中心および母体格子の組合せの候補について議論する．３．３節ではその調査手法について概説し，３．４節では有力な燐光体の温度依存性の調査結果について議論する．３．５節では，シミュレーションを用いて二次元温度計測に用いる波長域の最適化について検討する．３．６節では，得られた結果の分析および考察について述べる．３．７節では本章のまとめを記す．
第４章では，前章で選定した燐光体すなわち YAG:Dy の酸素消光特性を調査する．４．１節では本章の検討課題の背景について述べる．４．２節では検討の手法について説明する．４．３節では測温燐光体として選定した YAG:Dy の雰囲気中の酸素濃度を変化させた際の燐光スペクトルなど物質特性を評価する．４．４節ではその結果を踏まえた考察について述べる．４．５節では本章のまとめを記す．
第５章では，燐光温度測定法を用いた二次元断面温度分布計測システムの準備と予備的実験について述べる．５．１節では本章の検討課題の意義について導入する．５．２節では衝突噴流場に関する経験式より本システムおよび計測対象場について検討する．５．３節では本システムの構成と撮影した燐光画像の解析手法について提示する．５．４節では本システムで最適な計測をするための条件として特に，使用する燐光体の物理量の測定，露光時間の最適化，励起レーザの出力強度の決定，撮影装置のイメージインテンシファイアのゲイン値，など，予備的実験により各種パラメータを決定する．５．５節ではそれらの結果に対して考察を加える．５．６節では本章のまとめを記す．
第６章では，前章で検討した二次元断面温度分布計測システムの実証フェーズとして，加熱平板衝突噴流場における板面近傍の断面温度分布を計測することにより本システムの有効性を検証する．６．１節では本章の実験の意義について導入する．６．２節では，平面衝突噴流場における二次元断面温度分布計測の実験方法について述べる．６．３節では，衝突板の加熱温度を変化させた際の温度分布の計測結果を記す．６．４節では，参照温度として熱電対による計測結果との比較評価について記す．６．５節ではそれらの結果について分析と考察をする．６．６節では本章のまとめを記す．
第７章では，本論文の結言として本研究全体の成果等を総括する．７．１節では本論文各章の成果を集約するとともに論文全体の結論を述べる．７．２節では本研究を遂行するにあたり浮上した問題点と本研究の限界，そしてそれに伴う今後の課題について指摘する．７．３節では本研究の成果に基づいた燐光温度測定法の今後の発展性について展望する．
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