2004 Fiscal Year Annual Research Report
自由水面乱流の気液界面輸送現象の解明と計算科学的手法による界面ダイナミクスの評価
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15360265
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
禰津 家久 京都大学, 工学研究科, 教授 (30109029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細田 尚 京都大学, 工学研究科, 教授 (10165558)
牛島 省 京都大学, 工学研究科, 助教授 (70324655)
木村 一郎 松江高等工業専門学校, 土木工学科, 助教授 (60225026)
森 信人 大阪市立大学, 工学部土木工学科, 講師 (90371476)
山上 路生 京都大学, 工学研究科, 助手 (80362458)
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| Keywords | 気液界面 / 開水路乱流 / 界面ガス交換 / 3次元PIV / 高精度流体可視化 / シートスキャニング / 3次元画像処理 / 乱流計測 |
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| Research Abstract |
本研究では,気体と液体の流動を制御できる開水路・風洞実験装置において,新たに開発する可視化計測法を適用して,界面付近に生ずる組織乱流とガス交換などの3次元時空間構造の解明を行うとともに,大規模超並列計算に基づく計算科学的手法により,界面輸送現象のダイナミックスを再現し,これを評価することを目的とする.
本年度は主に界面乱流の高精度可視化システムを鋭意開発した.界面現象は風波によるガス交換が促進される複雑な乱流ダイナミクスであるから,この解明には3次元場における流速3成分を高精度に計測できる可視化システムを構築する必要がある.本研究ではレーザーライトシート(LLS)を高速でスキャニングする3-D PIV(Particle Image Velocimetry)を開発し,その精度検証を行った.具体的にはコンピュータ制御されるパルスモータ駆動の軽量アルミシャフトに16本のミラー付アーム部材を異なる高さにセットしたレーザー分光装置を開発した.シャフト軸は最大3000回転/分で高速回転し,瞬時に計測領域を高速スキャニングすることができる.さらにこの分光装置とタイミング制御されるハイスピードCCDカメラによって高速撮影することで,3次元空間の同時画像計測を可能にした.また流体力学の基礎方程式を駆使してレーザーシート面に垂直方向の面外速度成分も評価することで流速3成分の時系列同時計測にも成功した.
さらに本システムの精度検証のために既往の計測データが十分整備されている水平せん断流れの計測を行い,レーザー流速計による計測結果と良好に一致することを確認して,本スキャニング3D-PIVシステムによる3次元領域における流速3成分同時計測の有用性を示した.
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