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新型の原子力発電システムである高速増殖炉における原子炉容器内流れは、自由液面をもった3次元の複雑な流れとなっている。このような、高速の流れ場においては自由液面は流れと干渉し波立つが、非線形性が強いため、波立った自由液面における乱流挙動は良く判っていない。本研究は、コンピュータビジョンの手法を用いることによって、自由夜面乱流挙動を解明することを目的として実施した。
1.コンピュータビジョンを応用した、全く新しい流速測定手法アルゴリズムを開発した。一般に用いられている画像相関法は、粒子パターンの並行移動を仮定しているが、乱流のような流れ場においてはこの仮定を満たさない。本研究にて開発したアルゴリズムは、せん断や渦等によるパターンの変形にも対応できるため、乱流計測への応用が可能である。この手法は、粒子パターンを仮想的なバネで接続し、変形に伴うバネの力をパラメータとして、パターン対応付を行うものである。本手法を2次元計測に適用し、有効な手法である事を確認した。さらに、本手法を3次元計測に応用する事を試み、精度良く3次元流速分布を計測する事ができることを確認した。本手法は、乱流などの複雑な流れを計測する上で非常に有効であると考えられ、今後の発展が期待できる。
2.自由液面近傍の流速を精度良く可視化するため、液面近傍の流れを計測するカメラと液面位置を計測するカメラの2台を同時に用いる手法を開発した。本手法を用いて、流速と、自由液面位置をコンピュータビジョンの手法で同時計測することができた。さらに、計測データを用い、乱れた液面における流れと液面との相関量を算出することができた。液面が変動する条件における相関量については本研究によって初めて計測されたものであり、その意義は大きい。さらに、計測された相関量に対してモデル化を試み、局所的な乱流場における液面と乱れとの関係を明らかにした。
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