ParticleーImaging Velocimetryの実用化に関する調査研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03352018
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 富士夫 福井大学, 工学部, 教授 (50020227) ; 〓 源亮 神戸大学, 工学部, 教授 (80031061) ; 速水 洋 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (10038606) ; 加藤 洋治 東京大学, 工学部, 教授 (00010695) ; 飯田 誠一 北海道大学, 工学部, 教授 (30001168)
• Keywords: 流体計測 / 速度ベクトル / 流れの可視化 / コンピュ-タ・アプリケ-ション / ディジタル画像処理 / トレ-サ粒子 / 乱流

Research Abstract

PIVは微細なトレ-サ粒子により可視化した流れ場の画像をディジタル画像処理して速度を計測する新らしい流体計測方法で瞬時の二次元三次元空間の多点の速度情報を採取できる特徴をもつ。この方法は流れ場の解析手段としてその有効性が認識されつつあり、流体計測手法としての確立が強く望まれている。本研究ではこのような観点から専門研究者の組織化を行い、この研究組織において、最新の技術情報を交換・比較することにより本手法の精度と性能向上に対する問題点を整理・統合した。PIVの実用化について、本調査研究では以下のような具体的な研究、討議を行い今後の指針を提示した。
すなわち、まずPIVによる種々の流れ計測における不確かさ解析方法の開発が行われ本手法の計測精度や現状における計測の限界などが評価された。また、代表的な粒子画像の解析アルゴリズムについて、粒子追跡法、2値化相関法、濃度相関法、流跡線解析法、時空間微分法などの対する性能評価が行われいくつかの改善案が提示された。ついで、計測されたデ-タ処理に関して、流れ画像上に時間的、空間的に離散した速度デ-タ群から流れの統計諸量を求める方法あるいは流れの空間構造を認識するアルゴリズムなどの提案がなされた。同時に、計測された空間デ-タを定量的に比較し評価する方法についても検討がなされた。PIVの計測精度および性能を向上させるため、処理画像の時空間の高解像度化および大規模デ-タ群の処理の高効率化、高速化がハ-ドウエアとソフトウエアの双方から検討された。実用的でユ-ザフレンドリな計測システムを構成するための入力から出力までの種々の処理方式について検討が行われいくつかの実用化システムの構成例が示された。以上の成果の詳細は、今後の研究の指針として、成果報告あるいは論文等の形で公表される。

Research Products

• [Publications] 津田 宜久(小林 敏雄): "画像処理を用いた高Re流れの可視化システムの開発" 可視化情報. 11. 181-184 (1991)
• [Publications] Tosio Kobayashi: "Flow Visualization and Analysis of 3-D Square Cavity and Mechanically Agitated Vessels by Particle-Imaging Velocimetry" Proc.FLUCOME'91. 401-406 (1991)
• [Publications] 小林 敏雄: "カラ-画像解析による温度・速度の同時計測ーその1:感温液晶を用いた温度計測ー" 可視化情報. 11. 263-266 (1991)
• [Publications] Toshio Kobayashi: "Development of a Real-Time Velocity Measurement System for High Reynolds Fluid Flow Using a Digital Image Processing" Experimental and Numerical Flow Visualization,ASME 1991. 128. 9-14 (1991)
• [Publications] 家合 克典(飯田 誠一): "カルマンフィルタを用いた画像処理による三次元流れ計測" 日本機械学会論文集B. 57. 3622-3629 (1991)
• [Publications] Tomomasa Uemura: "Fast Image Analysis Algorithm for Measuring Two-Dimensional Velcoity Distribution" Laser and Hot Wire/Film Velocimetries and Their Applications. 3. 67-78 (1992)
• [Publications] Tomomasa Uemura: "Mixing Flow in a Cylindrical Vesel Agitated by a Bubbling Jet" Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics(to be published). (1992)
• [Publications] 植村 知正: "水ー空気系底吹き気泡噴流により撹はんされる円筒容器内流れの画像計測" 鉄と鋼. (1992)
• [Publications] 山口 克人(加賀 昭和): "画像処理を用いた換気室模型内の三次元濃度分布計測" 空気調和衛生工学会近畿支部学術研究発表会論文集. (1992)
• [Publications] 柏木 孝夫: "ダブルパルスレ-ザによる衝撃波の三次元計測(第1報 超音速気流中を飛しょうする物体から発生する衝撃波形状の三次元計測と画像処理)" 日本機械学会論文集B. 56. 2616-2625 (1990)
• [Publications] 柏木 孝夫: "ダブルパルスレ-ザによる衝撃波の三次元計測(第2報 遷音速ファン動翼間に発生する衝撃波の三次元計測)" 日本機械学会論文集B. 56. 2626-2634 (1990)
• [Publications] 佐田 豊(笠木 伸英): "3次元画像流速計におけるトレ-サ粒子の多時刻追跡法の評価" 第19回可視化情報シンポジウム講演論文集. 11. 197-200 (1991)
• [Publications] 笠木 伸英: "3次元画像処理流速計による後方ステップ剥離再付着乱流の測定" 第9回流体計測・第6回流体制御合同シンポジウ講演論文集. 303-306 (1991)
• [Publications] Nobuhide Kasagi: "Probing Turbulence with Three-Dimensional Particle Tracking Velocimetry" Exp.Therm.Fluid Sci.4. 601-613 (1991)
• [Publications] Takashi Komura(Hiroharu Kato): "A New Velocity Measurement Method for Field Use by Tracer/Multi TV Camera System" 1st ASME-JSME Fluid Measurement and Instrumentation Forum. 108. 105-110 (1991)
• [Publications] 小村 隆士(加藤 洋治): "多点TV撮影による流速測定法に関する研究 第1報実船伴流分布の計測" 日本造船学会論文集. 170. 33-44 (1991)
• [Publications] Masaaki Kawahashi: "Dual-Beam-Sweep Laser Speckle Velocimetry" Experiment in Fluids. 8. 278-280 (1991)
• [Publications] Masaaki Kawahashi: "Velocity Measurements of Flows in a T-Shaped Junction by means of Dual-Beam-Sweep Laser Speckle Velocimetry" ASME Paper. 106. 15-20 (1991)
• [Publications] Masaaki Kawahashi: "Velocimetry Measurements of the Buoyancy-Driven Exchange Flow between Helium and Air through an Inclined Small Opening" Pro.of the 6th Int.Symp.on Flow Visualization(to be published). (1992)
• [Publications] 木村 一郎: "時空間相関法に基づく流れ場の3次元速度ベクトル計測" 計測自動制御学会論文集. 27ー5. 497-502 (1991)
• [Publications] 木村 一郎: "色スペクトルを用いた流れ場の3次元速度ベクトル計測" 計測自動制御学会論文集. 27ー7. 755-761 (1991)
• [Publications] 木村 一郎: "感温液晶を用いた温度場と速度場の同時計測" 計測自動制御学会論文集. 27ー8. 869-876 (1991)
• [Publications] 佐賀 徹雄: "高速流れ画像解析プログラム" 第7回ソフトウエアコンファレンス講演論文集. 131-134 (1991)
• [Publications] 津田 宜久(佐賀 徹雄): "高速流れ場の実時間ディジタル画像計測システムの開発" 日本機械学会68期通常総会講演会講演論文集B. 910ー17. 316-318 (1991)
• [Publications] 佐賀 徹雄: "流線解析法" 可視化情報学会手法別講習会教材. 62-63 (1991)
• [Publications] Hiroyuki Kato(Kouichi Nishino): "Application of a 3-D PTV to the Measurement of Turbulent Air Flows" Proc.of the 6th Int.Symp.on Flow Visualization. (1992)
• [Publications] 速水 洋: "画像処理法によるポンプ水車羽根車内流れ計測" 日本機械学会講演論文集B. (1992)
• [Publications] Young Ho Lee(Youichirou Matsumoto): "Velocity Measurements in 3-D Cavity Flows by PIV(Particl Imaging Velocimetry)" Proc.2nd KSME-JSME Fluids Engineering Conference. 1. 293-298 (1990)
• [Publications] 松本 洋一郎: "分子動力学におけるCG" 日本機械学会・可視化情報学会講習会教材「流れのコンピュ-タグラッフィックス」. 57-64 (1991)
• [Publications] Motoaki Yano: "Fluid Properties Measurement Using Photou Counting Image Acquisition System" Proc.Workshop on Instr.for Hydraulic Lab.(IAHR). 16. 145-154 (1989)
• [Publications] Motoaki Yano: "Velocity Measurement Using Photou Counting Technique" Proc.23rd Congr.IAHR. A23. 93-100 (1989)
• [Publications] 〓 源亮: "散乱光による流体計測" 流れの可視化学会誌. 9. 187-190 (1989)
• [Publications] 山本 富士夫: "二値化相関法PTVの正対応率と測定精度の向上" 日本機械学会論文集B. 57. 3826-3831 (1991)
• [Publications] 山本 富士夫: "相関法による三次元PIV" 日本機械学会論文集B. 57. 3832-3836 (1991)
• [Publications] Fujio Yamamoto: "A Binary Correlation Method Using a Proximity Function for 2D and 3D PTV" Experimental and Numerical flow Visualization,ASME 1991. 128. 23-28 (1991)
• [Publications] 吉田 豊明: "超高温タ-ビン冷却翼の基礎研究" 日本ガスタ-ビン秋季講演会講演論文集. 195-200 (1991)
• [Publications] Masanobu Taki(Toyoaki Yoshida): "Visualization of the Flow inside of a Turbine Nozzle Model" Proc.of the 2nd China-Japan Symposium on Visualization. (1991)
• [Publications] 島崎 和人(吉田 豊明): "タ-ビンノズル模型内の流れの可視化" 流れの可視化情報シンポジウム講演論文集. (1992)