気液二相流における瞬時局所圧力・速度の非接触同時計測手法の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750143
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 細川 茂雄 神戸大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (10252793)
• Keywords: 気液二相流 / 圧力 / 非接触測定 / PIV / レーザ計測

Research Abstract

種々の工業プラントおよび工業製品内の流れ場の多くは、気泡を含む混相流となっている。機器の高効率化、高性能化のためには、気泡運動の解明とそのモデル化が必要である。PIV/PTV等による流れ場測定は、気泡周りのメゾ・ミクロ構造を解明するための手法として、最近クローズアップされているが、気泡運動を考える上で最も重要な気泡周囲の圧力分布に関するデータは得られない。圧力測定法としては、感圧塗料、圧電素子等が挙げられるが、殆どの手法は壁面での圧力測定しか出来ず、また流動によって生じる1mmAq以下の微小圧力変動は検知できない。
本研究では、気泡のメゾ・ミクロ運動メカニズムを解明に資する気泡を含む流動場内の局所瞬時圧力・速度の多点同時計測手法の開発を目的とする。具体的には、PIVを基本とした速度計測システムを高度化し、高分解能・高精度で局所・瞬時の多点同時速度測定を可能にする。その後、多点同時計測された局所瞬時速度分布から流れの運動量保存式・質量保存式に基づき、局所瞬時圧力を算出する。
本年度は、圧力速度同時計測システムの原理を確認し、単相流における誤差評価を中心に研究を実施した。
まず、高精度高分解能局所瞬時速度の多点同時データを得るために、既存のAr-ionレーザを光源とした速度計測システムを構築した。次に、本速度計測システムより得られた多点速度データから、運動量保存式質量保存式に基づき局所瞬時圧力を計測するためのアルゴリズムを構築した。また、擬似速度データを与え、圧力算出誤差を評価した。さらに、圧力速度計測の誤差を評価するため、測定対象となる単相流ループを設計、製作し、層流状態における速度圧力場の計測結果から、本計測手法が理論解とよく一致し、高い圧力評価精度を有することを確認した。