2017 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional vortical structures and Lagrange velocity measurements
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16K14158
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
辻 義之 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00252255)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超流動乱流 / 三次元流動場計測 / 粒子軌道追跡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超流動乱流場における渦構造の三次元可視化システムの構築をおこなった。複数のカメラ（４台）を用いて、３次元空間内で流体中に播種した微粒子の瞬時速度を計測するレーザー光学系の設定、蛍光粒子の選定をおこなった。計測された変動速度場から微細な渦構造を抽出するため、速度勾配テンソルの第二普遍量を用いた。計測体系としては水を用いた円管流路内で複雑な乱流場が形成されるオリフィス下流を対象とした。オリフィスエッジからはく離する微細な渦構造を抽出できており、三次元空間内での微細渦の挙動を解析することができた。また、微細渦構造と合わせて渦層の抽出もおこない、微細渦との相互の配置を明らかにできた。
超流動場の可視化のために、低温デュアーを取り囲む複数台のカメラ配置を実装できる体系を構築した。高速度カメラを三次元位置で調整可能な微動送り装置に設置して、複数カメラの光軸、焦点距離、撮像範囲の正確な設定ができるように工夫をした。微粒子を撮像して、その粒子位置とその大きさを算出する計算アルゴリズムを構築した。高速度カメラで撮影をした画像を時系列で解析をして、４時刻以上の粒子位置を追跡することで、ラグランジュ速度、加速度の算出をおこなった。量子渦と微粒子の相互作用から粒子のラグランジュ軌道が特異な形状を示すことが観測された。つまり、粒子のラグランジュ軌道に沿って、速度と加速度を算出することで、量子渦タングルの渦間距離を見積もる指標を提示できることが分かった。熱対向流下において、加熱するパワーを調整して流動状況を変化させ、その速度分布、加速度分布形状の変化を体系的に調査した。
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