2022 Fiscal Year Annual Research 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 | PTV / 気液二相流 / 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を目的に研究を実施した。
ライトフィールドカメラを用いた計測法の開発に関しては、1,2年度にライトフィールドカメラ撮影システムを選定・導入し、最終年度は流場計測のための照明装置を導入した。一方、最適な撮影条件の絞り込みが十分でなかったことなどにより、有効なデータ取得に課題があった。
サブミリサイズの気泡による抵抗低減メカニズムに関しては、水平チャネルにおいて既往のPTV計測などを中心とした技術により研究を推進した。1年度目には、乱流境界層中の5mm程度の大気泡を対象に気泡形状および流場計測を実施し、大気泡においては壁面近傍で気泡界面が高速で移流することにより抵抗増加が生じることを明らかにした。2年度目には抵抗低減を生じさせるサブミリ気泡を対象に計測を実施し気泡保有エネルギーを算出することにより、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あることがわかった。最終年度は、断面内平均流速Um=1~8m/sにかけて気泡形状計測および壁面せん断力の計測を実施した。これによりUm=1m/sにおいては気泡により抵抗増加が生じるが、速度の増加に伴い抵抗増加量は小さくなり、Um=3m/sを超えると抵抗低減に転じ、Um=4m/sで抵抗低減率は最大となり、それ以上では抵抗低減率は低下することが明らかになった。また速度により気泡径が変化することにより、気泡の浮力と乱流境界層によって生じる浮力と反対方向に作用する揚力のバランスが変化して、気泡の抵抗への影響が変化するという速度影響の要因が明らかになった。
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