2006 Fiscal Year Annual Research Report

アセトンレーザー誘起蛍光法による超音速流れ場の定量計測法の確立

Research Project

Project/Area Number	18560171
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	益田光治九州大学, 大学院総合理工学研究院, 教授 (40038097)
Keywords	流体 / 可視化 / レーザー計測法 / 超音速
Research Abstract	非定常三次元構造を有する超音速流れ場の計測法として,アセトンをシードとしたレーザー誘起蛍光法が注目されている.これまで,アセトンレーザー誘起蛍光法は,常温より温度が高い燃焼ガスを対象として開発が行われてきたが,工業上重要なダクト内流れ場の温度は常温よりも低い.この温度領域において,蛍光に関与するアセトンの物性値は未知である.本研究は,アセトンシード超音速ノズル内流れ場にNd : YAGレーザーを入射し,得られた蛍光強度からアセトンレーザー誘起蛍光法による高精度・定量計測に欠くことのできない物性値であるアセトンの紫外光吸収断面積と蛍光放出率を系統的に求めることを目的とする. 1.超音速ノズルの設計超音速ノズルを用いたアセトンの紫外光吸収断面積と蛍光放出率は本研究で初めて提案された方法であるが,本方法では,低温で比較的アセトン密度の高い状態が実現できる.本年度は,紫外光吸収断面積と蛍光放出率を理論的に考察し,計測に必要な温度・圧力が得られる流れ場を見積もった.つぎに,乱流項を含むナビエ・ストークス方程式のTVD法を用いた数値解析コードを開発し,この温度・圧力が達成できる流れ場が生成できるノズルを設計・製作した. 2.吸込式超音速風洞の整備アセトンレーザー誘起蛍光法では蛍光分子として気流中にアセトンをシードする必要がある.アセトンは常温で液体で,液体容器の中に気体を注入すると,温度に対応した蒸気圧で気流中にアセトンをシードすることができる.このための特殊なセルを製作し,これを風洞のよどみ室内に設置した.レーザービームは流れ場下方向から上向けて入射するが,このためのビーム入射窓の改造も行った.また,ノズル,よどみ室等の新設にともない,在来計測法であるシュリーレン法光学系や圧力測定系統も再構築する必要が生じるので,これに対応するための措置を取った.