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光学・画像解析に基づく混相流中に存在する普遍的な現象の抽出

研究課題

研究課題/領域番号 15760104
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関北海道大学

研究代表者

村井 祐一  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80273001)

研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2004年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2003年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード流体工学 / 混相流 / 流れの可視化 / 画像計測 / 気泡 / PTV / PIV
研究概要

平成16年度は,計画どおり以下の2つのテーマについて実験的・理論的研究を実施し,次に示す成果を得た.
(1)高濃度分散流の分散体相互作用の計測
気泡流において局所ボイド率が高い場合の高濃度気泡流のPIV計測システムを開発した.この計測においては気泡が高濃度に画像に投影される場合において誤差の小さいPIV解析を実現するために回帰型相互相関法(Recursive Cross Correlation PIV)を考案・導入した.このアルゴリズムは空間スケールの大きいほうから順に画像相互相関を解析し最終的に1ピクセルの空間分解能まで速度ベクトル場を段階的に求解する技法である.これをボイド率30%以上の気泡流ジェットに応用し,気泡速度場の乱流スペクトルを計測することに成功した.
(2)変形分散体を含む流体のせん断応力の計測
気泡直径が30ミクロン〜50mmの広範囲の条件でせん断流中における気泡運動が及ぼす局所摩擦抵抗への影響を系統的に調べた.実験は静止流体中の落球現象,水平チャネル流,回転二重円筒間流れ,螺旋円管流れ,ならびに鉛直上昇噴流の5つを対象とした.この結果,気泡の変形の時間的進展が局所せん断応力を増加させること,せん断応力に対して気泡変形が平衡となる条件で局所せん断応力が顕著に低下すること,乱流せん断場において変形を伴う気泡の揺動運動が乱流せん断応力を低下させること,さらに,固体壁面近傍に気泡が集積する場合においてボイド率の10倍の感度で摩擦抵抗低減率が得られることが初めて実験的に確認された.
以上の成果は,複数の流体力学に関する学術雑誌において発表され,とくに微小気泡の変形による流体平均物性の効果的な制御の可能性を広く認知させることができた.

報告書

(2件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件) 図書 (1件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Bubble Velocity Measurement with Recursive Cross Correlation PIV Technique2005

    • 著者名/発表者名
      W.Cheng, Y.Murai, T.Sasaki, F.Yamanoto
    • 雑誌名

      Flow Measurement and Instrumentation 16

      ページ: 35-46

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Bubble-Driven Convection around Cylinders Confined in a Channel2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai, T.Sasaki, M.Ishikawa, F.Yamamoto
    • 雑誌名

      ASME Journal of Fluids Engineering (掲載決定)(未定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Interaction of Bubbles at Intermediate Reynolds Numbers2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai, J.Qu, F.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Multiphase Science and Technology, Begell House (掲載決定)(未定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Exp.Det.of Bubble-Bubble Int. in a Wall-Sliding Bubble Swarm2004

    • 著者名/発表者名
      A.Kitagawa, K.Sugiyama, Y.Murai
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow 30-10

      ページ: 1213-1234

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 落球法による気泡を含む液体の実効粘度の計測2004

    • 著者名/発表者名
      大岩 浩司, 村井 祐一, 山本 富士夫
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編 70-697

      ページ: 2286-2293

    • NAID

      110004999601

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 平板間に配置された円柱群の間を上昇する気泡流の可視化画像計測2004

    • 著者名/発表者名
      笹木 俊男, 石川 正明, 村井 祐一, 山本 富士夫
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編 70-689

      ページ: 60-68

    • NAID

      110004999218

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 混相流ハンドブック(第8章 衛生工学)2004

    • 著者名/発表者名
      村井 祐一, 山本 富士夫
    • 総ページ数
      502
    • 出版者
      朝倉図書
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 北川石英, 杉山和靖, 笹木俊男, 村井祐一: "壁面スライド気泡群中に観察される気泡間相互作用(第3報,気泡間相互作用に対するレイノルズ数の影響)"日本機械学会論文集B編. 69・681. 1140-1147 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 村井祐一, 石川正明, 芦原将彰, 衣川甲輔, 山本富士夫: "自由浮上気泡流中に生じる気泡間相互作用の3-D PTV計測"可視化情報. 23・1. 1-8 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 笹木俊男, 村井祐一, 山本富士夫: "円柱群の間隙を浮上する気泡群の数値シミュレーション(二相対流の円柱配列パターンによる影響)"混相流. 17・3. 296-304 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Wen CHENG, Yuichi MURAI, Masa-aki ISHIKAWA, Fujio YAMAMOTO: "An Algorithm for Estimating Liquid Flow Field From PTV Measurement Data of Bubble Motion"Transaction of the Visualization Society of Japan. 23・11. 107-114 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 笹未俊男, 石川正明, 村井祐一, 山本富士夫: "平板間に配置された円柱群の間を上昇する気泡流の可視化画像計測"日本機械学会論文集B編. 70・689. 60-68 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.ASHIHARA, A.KITAGAWA, M.ISHIKAWA, A.NAKASHINCHI, Y MURAI, F YAMAMOTO: "Particle Tracking Velocimetry Measurement of Bubble-Bubble Interaction"Proc.ASME/FED & JSME Joint Fluids Conference. SM2003-45208. 1-6 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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