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光学・画像解析に基づく混相流中に存在する普遍的な現象の抽出

Research Project

Project/Area Number 15760104
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

村井 祐一  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80273001)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords流体工学 / 混相流 / 流れの可視化 / 画像計測 / 気泡 / PTV / PIV
Research Abstract

平成16年度は,計画どおり以下の2つのテーマについて実験的・理論的研究を実施し,次に示す成果を得た.
(1)高濃度分散流の分散体相互作用の計測
気泡流において局所ボイド率が高い場合の高濃度気泡流のPIV計測システムを開発した.この計測においては気泡が高濃度に画像に投影される場合において誤差の小さいPIV解析を実現するために回帰型相互相関法(Recursive Cross Correlation PIV)を考案・導入した.このアルゴリズムは空間スケールの大きいほうから順に画像相互相関を解析し最終的に1ピクセルの空間分解能まで速度ベクトル場を段階的に求解する技法である.これをボイド率30%以上の気泡流ジェットに応用し,気泡速度場の乱流スペクトルを計測することに成功した.
(2)変形分散体を含む流体のせん断応力の計測
気泡直径が30ミクロン〜50mmの広範囲の条件でせん断流中における気泡運動が及ぼす局所摩擦抵抗への影響を系統的に調べた.実験は静止流体中の落球現象,水平チャネル流,回転二重円筒間流れ,螺旋円管流れ,ならびに鉛直上昇噴流の5つを対象とした.この結果,気泡の変形の時間的進展が局所せん断応力を増加させること,せん断応力に対して気泡変形が平衡となる条件で局所せん断応力が顕著に低下すること,乱流せん断場において変形を伴う気泡の揺動運動が乱流せん断応力を低下させること,さらに,固体壁面近傍に気泡が集積する場合においてボイド率の10倍の感度で摩擦抵抗低減率が得られることが初めて実験的に確認された.
以上の成果は,複数の流体力学に関する学術雑誌において発表され,とくに微小気泡の変形による流体平均物性の効果的な制御の可能性を広く認知させることができた.

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (6 results) Book (1 results) Publications (6 results)

  • [Journal Article] Bubble Velocity Measurement with Recursive Cross Correlation PIV Technique2005

    • Author(s)
      W.Cheng, Y.Murai, T.Sasaki, F.Yamanoto
    • Journal Title

      Flow Measurement and Instrumentation 16

      Pages: 35-46

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Bubble-Driven Convection around Cylinders Confined in a Channel2005

    • Author(s)
      Y.Murai, T.Sasaki, M.Ishikawa, F.Yamamoto
    • Journal Title

      ASME Journal of Fluids Engineering (掲載決定)(未定)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Three-Dimensional Interaction of Bubbles at Intermediate Reynolds Numbers2005

    • Author(s)
      Y.Murai, J.Qu, F.Yamamoto
    • Journal Title

      J. Multiphase Science and Technology, Begell House (掲載決定)(未定)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Exp.Det.of Bubble-Bubble Int. in a Wall-Sliding Bubble Swarm2004

    • Author(s)
      A.Kitagawa, K.Sugiyama, Y.Murai
    • Journal Title

      International Journal of Multiphase Flow 30-10

      Pages: 1213-1234

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 落球法による気泡を含む液体の実効粘度の計測2004

    • Author(s)
      大岩 浩司, 村井 祐一, 山本 富士夫
    • Journal Title

      日本機械学会論文集B編 70-697

      Pages: 2286-2293

    • NAID

      110004999601

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 平板間に配置された円柱群の間を上昇する気泡流の可視化画像計測2004

    • Author(s)
      笹木 俊男, 石川 正明, 村井 祐一, 山本 富士夫
    • Journal Title

      日本機械学会論文集B編 70-689

      Pages: 60-68

    • NAID

      110004999218

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Book] 混相流ハンドブック(第8章 衛生工学)2004

    • Author(s)
      村井 祐一, 山本 富士夫
    • Total Pages
      502
    • Publisher
      朝倉図書
    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 北川石英, 杉山和靖, 笹木俊男, 村井祐一: "壁面スライド気泡群中に観察される気泡間相互作用(第3報,気泡間相互作用に対するレイノルズ数の影響)"日本機械学会論文集B編. 69・681. 1140-1147 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 村井祐一, 石川正明, 芦原将彰, 衣川甲輔, 山本富士夫: "自由浮上気泡流中に生じる気泡間相互作用の3-D PTV計測"可視化情報. 23・1. 1-8 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 笹木俊男, 村井祐一, 山本富士夫: "円柱群の間隙を浮上する気泡群の数値シミュレーション(二相対流の円柱配列パターンによる影響)"混相流. 17・3. 296-304 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Wen CHENG, Yuichi MURAI, Masa-aki ISHIKAWA, Fujio YAMAMOTO: "An Algorithm for Estimating Liquid Flow Field From PTV Measurement Data of Bubble Motion"Transaction of the Visualization Society of Japan. 23・11. 107-114 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 笹未俊男, 石川正明, 村井祐一, 山本富士夫: "平板間に配置された円柱群の間を上昇する気泡流の可視化画像計測"日本機械学会論文集B編. 70・689. 60-68 (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] M.ASHIHARA, A.KITAGAWA, M.ISHIKAWA, A.NAKASHINCHI, Y MURAI, F YAMAMOTO: "Particle Tracking Velocimetry Measurement of Bubble-Bubble Interaction"Proc.ASME/FED & JSME Joint Fluids Conference. SM2003-45208. 1-6 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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