遺伝的アルゴリズムによる3次元粒子画像流速測定法の実用化と帯電液体流測定への応用

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750202
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 大山 龍一郎 東海大学, 工学部, 助教授 (40233291)
• Keywords: 粒子画像流速測定法 / 速度計測 / 粒子追跡法 / 乱流測定 / 画像計測 / 流れの可視化 / 遺伝的アルゴリズム / 帯電液体

Research Abstract

本研究は,工学分野で重要な乱流場を対象に,その3次元の流速ベクトルを比較的高速に測定できる新しい粒子画像流速測定法(PIV)技術を開発して,さらに実用化のための評価を行うと同時に電気流体力学現象で取り扱われる帯電液体の乱流測定を実施することを研究の目的に研究開発を行ったものである。以下に,研究の実施計画に従って成果を整理する。
1.3次元粒子画像流速測定法 本研究で開発を進めているPIVは,流れ場に混入したトレーサ粒子の時間的および空間的対応付けにより粒子追跡を実行して,その速度ベクトルを算出する画像計測法である。この時間的および空間的対応付けには,遺伝的アルゴリズムによる組み合わせ最適化処理技術を用いた。すなわち,本手法による画像計測の基本原理は,複数の時系列画像を解析データとして利用し,各画面の間で一対一に対応付けられる個々のトレーサ粒子を追跡することで,流れ場の速度ベクトル分布を求める上位のアルゴリズムとなった。
2.粒子位置の3次元位置計測方法 本研究で目的とする3次元流速測定を実際の流れ場に適用するためには,3次元空間に分布する多数のトレーサ粒子の位置測定を行うことが重要である。本研究では,まず画像処理CPU装置を用いて直角座標系におけるX-Z面とY-Z面の同期した各2次元粒子画像処理を行うシステムを構築し,次にその処理結果から3次元空間での粒子の位置計測を計算機のソフトウェア上で精密に行う画像計測システムを構築した。また,構築したシステムと本手法の性能評価については,乱流場のコンピュータシミュレーションに基づく解析と検討から優れた基本性能が明らかとなった。今後の展開としては,実用化に向けて技術の発展を目指すとともに,帯電液体流に関して多くの知見を得るために応用研究を進めたいと考えている。

Research Products

• [Publications] Ryu-ichiro Ohyama: "Experimental syudy on space and time correspondences of traveling particles for 3-dimensional particle image velocimetry by genetic algorithms" Proceedings of SPIE,Optical Technology in Fluid,Thermal,and Combustion Flow III,SPIE. Vol.3172. 688-699 (1997)
• [Publications] Ryu-ichiro Ohyama: "An experimental study of the optical characterization of AC electrohydrodynamic fields by particle image velocimetry" 1997 Annual Report,CEIDP,IEEE. II. 656-659 (1997)