トレーサ粒子を用いない革新的非接触流速計測手法確立と多様な流動場に対する適用

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K18820
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 早川 晃弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (90709156)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: LITGS / 定量計測 / 温度計測 / 流速計測 / 非接触

Outline of Annual Research Achievements

流速は流動現象を理解するために重要な物理量の一つであるため，この定量計測技術の確立は重要である．例えば，レーザーを用いた流速計測技術であるLDVやPIVは極めて強力な流速計測技術である．しかしながら，これらのレーザー計測を実施するためには流動場にトレーサ粒子を添加する必要があり，観察窓の汚染や，添加自体が困難となるような流れ場が存在する可能性がある．そこで本研究では，これまで検討を行ってきたLaser Induced Thermal Grating Spectroscopy (LITGS) 技術を用いて，トレーサ粒子を必要としない流速計測技術を確立することを目的とする．LITGSの計測点に流れがある場合，励起レーザー入射によって形成されるThermal Gratingも同様に流れに沿って移動するものと考えられる．ここに2本のプローブビームを導くと，それらから得られるLITGS信号の振動周波数はThermal Gratingの移動速度に応じて，ドップラー効果によって変化するものと考えられる．すなわち，LITGS信号の振動周波数の差から流速が計測できるものと考えられる．
平成３０年度は，ローダミン／エタノール溶液を対象に，光学系の構築を行った．まずは光学系が構築できているかどうかを検証するために，静止液体を計測対象とした．励起波長はNd:YAGレーザーの第二高調波とした．平成３０年度は，レーザー光学系の構築は行えたものの，ローダミン／エタノール溶液から信号を取得する事はできなかった．これは，最初に検討対象としたローダミン／エタノール溶液からの信号取得自体が困難であった可能性がある．今後は比較的容易にLITGS信号が取得可能なアセトン蒸気が励起可能な波長のレーザー光を用いたLITGS光学系に変更し，光学系の確認ならびに流動場に対する検証を実施する．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成３０年度は（I）光学系の構築，（II）噴流および燃焼場に対する流速計測を当初の目標としていた．計測対象として，より広範囲な対象に対して本手法が利用可能であることを実証するために，挑戦的な対象である液体に対する計測を最初の目標とした．Nd:YAGレーザーの第二高調波である532 nmを励起レーザー光として，６本のレーザー光を1点で交差させるLITGS光学系を構築した．しかしながら，平成３０年度は計測対象としたローダミン／エタノール溶液からはLITGS信号を取得する事はできなかった．これまでローダミン／エタノール溶液を対象としたLITGS計測の実施例は少なく，これを対象とした場合の計測自体が困難である可能性がある．以上のことから，現在の進捗として，やや遅れていると評価する．

Strategy for Future Research Activity

平成３０年は信号を取得する事ができず，研究進捗にやや遅れが生じている．この遅れは，挑戦的な計測対象であるローダミン／エタノール溶液を計測対象としたために信号の取得ができなかったためである．そこで，令和元年度は，励起波長をNd:YAGレーザーの第四高調波である266 nmに変更してLITGS光学系を構築する．この波長は，アセトン蒸気を対象としたLITGSが実施可能である．光学系自体は概ね構築しているので，アセトン蒸気からのLITGS信号は速やかに取得できるものと考えられる．光学系を構築した後に，当初の検討対象である噴流や燃焼場といった様々な流動場に対するLITGS計測を実施する予定である．また平成30年度は信号取得できなかった液体に対するLITGS計測も，本計測手法の適用という観点からは重要であるため，これついても継続して実施する．