圧縮性流体における3次元密度計測法の精度向上に関する研究

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04098
• Research Institution: Shonan Institute of Technology
• Principal Investigator: 稲毛 達朗 湘南工科大学, 工学部, 准教授 (70633999)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 圧縮性流体 / 可視化計測 / 衝撃波 / 画像処理

Outline of Annual Research Achievements

高速気流に関して，衝撃波の発生および挙動を定量的に解明することは非常に重要である．超音速で移動するロケットや旅客機などにはソニックブームに代表されるような環境問題や空気力学的な問題があり，それらの原因のひとつである３次元的な衝撃波現象の解明が必要である．また，近年では産業の発展に伴い，プラントで利用するガスや油圧機器などの高圧化とともに管路内においても超音速流れが生じて衝撃波が発生しやすい環境となっている．しかしながら，高速で移動する流体中に生じる衝撃波を３次元的かつ定量的に計測することは難しいのが現状である．
そこで本研究では，３次元的な定量密度計測を実現することができる，背景設置型シュリーレン法に着目し，従来よりもその計測精度を向上させることを目的とする．
複数の光源波長によるBOS計測を実現するために，さらに赤色光の高輝度LEDおよび青色光の高輝度LEDを利用したナノ秒フラッシュランプを開発した．そして，衝撃波管を用いた実験によってBOS法に用いる光源波長の影響と背景画像の歪み量の関係を報告している．
また，より精度の高いBOS計測を実現するためにLEDを用いた計測光源より出力が強い半導体レーザーを用いた光源の開発を実施している．そこで，透明度の高いノズルを製作し，衝撃波の管内流れのBOS計測に取り組んでいる．さらにBOS計測による２次元投影データから３次元密度分布を取得し，新しいCT再構成アルゴリズムの導入を試みている．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

LEDの発光時間の短縮に限界が見えており，衝撃波を含む非定常現象を対象としたBOS計測に適している光源を新たに開発していく必要が出てしまった．現在のところ，5Wの半導体レーザーモジュールを用いてBOS計測の光源を開発している．

Strategy for Future Research Activity

衝撃波現象を含む非定常超音速流れ場におけるBOS計測について，波長の影響を検証したところ背景画像の移動量に関する差はみられた．しかしながら計測結果の精度を向上させるために必要な要素として，発光強度と発光時間が重要であるということが分かった．そのため，計測に用いる光源の改良を実施し，2次元の投影データを取得していく．その後，開発したCT再構成計算を用いて，3次元密度分布を取得していく．

Causes of Carryover

追加で実験を行う必要が生じたため研究成果をまとめる時間に遅れが生じてしまった．
1年間の猶予を設けることで，追加の実験結果を含め，研究成果の報告に専念していく．