3軸方向速度成分の3次元空間分布測定を可能にする粒子画像計測法の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760110
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 細川 茂雄 神戸大学, 自然科学研究科, 助教授 (10252793)
• Keywords: 流体計測 / PIV / 3次元 / レーザ計測

Research Abstract

粒子画像計測法(PIV,PTV)は、流速の瞬時空間分布を測定でき、流体の力学的評価に資する実験データを得られる計測手法として幅広く用いられるようになった。しかし、現在市販されている粒子画像計測法では、瞬時速度場の3軸方向成分を3次元空間内で得ることはできない。本研究では、3軸方向速度の3次元分布を測定できる粒子画像計測手法を構築し、その実用性を評価することを目的とする。
本年度実施した内容を以下に示す。
1)3軸方向速度成分の3次元空間分布測定を可能とする計測手法(以下、3次元粒子画像流速計測システムと呼ぶ)を考案した。本手法は、従来のスキャン光学系やホログラム光学系に比べ単純な光学系で3次元計測を行え、完全な同時刻計測が可能である。
2)3次元粒子画像流速計測システムの光学系を設計・開発し、その性能を評価した。その結果、本光学系が流体中の粒子を鮮明に可視化できることを確認した。
3)光学系を制御するソフトウエアおよび得られた画像データから粒子の3次元位置を評価するソフトウエアを開発した。また、実際に撮影した粒子画像から粒子の3次元位置を算出した結果、本光学系およびソフトウエアにより流体中の粒子の3次元位置を精度良く測定できることを確認した。
4)以上で得られた3次元粒子位置情報から3軸方向速度の3次元分布を算出する相間アルゴリズムを開発した。また、模擬画像を用いたベンチマークテストを実施し、その基本性能を確認した。
次年度は、実際の流れ場に上記システムを適用し、必要な改良を行うことにより、3次元粒子画像流速計測システムを完成させる。

Research Products

• [Publications] Shigeo Hosokawa: "Measurement of Liquid Velocity around Single Bubbles Using Photobleaching"Proc.3rd European-Japanese Two Phase Flow Group Meeting 2003. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] Shigeo Hosokawa: "Molecular Tagging Velocimetry based on Photobleaching Reaction and its Application to Flows around Single Fluid Particles"Multiphase Science and Technology. (In print). (2004)