2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of three-dimensional flow field measurement method for bubbly flow using light-field camera
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20K14975
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
拾井 隆道 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (60734233)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | PIV / 気液二相流 / 3次元形状計測 / 摩擦抵抗低減 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、サブミリサイズの気泡による抵抗低減メカニズムの解明のため、ライトフィールドカメラによる気泡流の3次元流場計測手法の開発を行う。2年度目である本年度の実施事項は以下の通りである。
１．ライトフィールドカメラ計測システムの高度化
ライトフィールドカメラの撮影を制御し3次元形状解析を実施するソフトウェアを導入し、計測システムの高度化を図った。
２．検証データの拡充および気泡を含む乱流のエネルギーカスケード構造の調査
高速度カメラを用いて、ライトフィールドカメラでの計測結果の検証データの取得を実施した。水平チャネルにおいて、0.1~1.0mm程度の気泡により抵抗低減が生じる断面内平均流速5m/s、空間平均ボイド率0.5%の気泡流を対象に気泡断面形状をShadowgraphyで計測し、検証データとなる気泡の断面形状、位置、速度などの情報を取得した。またこれらのデータを解析することにより、気泡を含む乱流のエネルギーカスケード構造について調査した。気泡の変形による表面エネルギーおよび気泡の位置エネルギーについての評価方法を検討し乱流エネルギーとの比較を行った結果、それぞれがほぼ同オーダーであることが分かった。これにより乱流エネルギーが気泡の表面、位置エネルギーへと輸送されている可能性が示唆された。
また昨年度実施した抵抗増加を生じさせる大気泡まわりのPTV計測結果について学会発表を行った。本内容については現在雑誌論文に投稿を準備している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
各種検証データの取得や、それを用いた気泡による乱流エネルギーカスケード構造の変調の現象解明などは進んでいるものの、ライトフィールドカメラを用いた計測手法の開発がまだ完了していないことから、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずライトフィールドカメラを用いた3次元流場計測手法の確立を行う。本年度および昨年度取得した検証データと同条件で計測を行い、ライトフィールドの各種レンダリング手法による計測精度への影響を評価する。次に得られた流場データを基にポアソン方程式を用いた圧力場推定法を開発する。また静止気泡を対象に反射率分布を用いた形状計測手法の高度化を行う。
これらの計測法の確立後、抵抗が増加するレイノルズ数と減少しているレイノルズ数での気泡形状とその周囲の渦構造の差異を明らかにすることにより、抵抗低減状態での気泡の乱流への影響について考察する。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗により一部物品費の本年度中の購入を見送ったため、次年度使用額が生じた。
次年度予算と合わせて、物品費、旅費、消耗品費として支出する予定である。
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