熱流体現象解明のための多次元イメージングの新展開

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08305006
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 神本 武征 東京工業大学, 工学部, 教授 (00016429)
• 研究分担者: 前田 昌信 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (90051466) ; 西野 耕一 横浜国立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (96550230) ; 新美 智秀 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70164522) ; 小林 敏雄 東京大学, 国際・共同研究センター, 教授 (50013206) ; 藤本 元 同志社大学, 工学部, 教授 (90051630)
• キーワード: 画像計測 / PIV / 相互相関PIV / レーザー誘起蛍光法 / 感温液晶 / 分光計測 / レーザースペックル法 / 混相流

研究概要

熱流体現象解明のための多次元イメージングにおいては、流速、温度、濃度の2次元または3次元分布の瞬時値を可視化あるいは定量化することを目的としている。
流速測定については、流体中にシードした微粒子の動きを追跡するPIV法にホログラフィ的手法とを組み合わせて熱流動場の3次元計測が可能になった。また相互相関PIV法により、噴流内の乱れの時間的および空間的特性が測定され、その結果が熱線風速計の結果と一致することが確かめられた。さらに流体より重い粒子の動きから流体速度を推定するカルマンフィルタ法が改良され、非定常流れおよび3次元流れに対するPTV法の高精度化が図られた。この他LIF法と高精密デジタル画像処理により燃料噴霧内の液滴径と速度の同時計測システムが開発された。
熱流体内の温度をレーザー誘起蛍光法すなわちLIF法によって測定する手法が進展した。ひとつは広帯域ArFレーザを光源とした空気中の酸素のLIFスペクトルに注目する方法で、この方法により高温空気流の2次元温度測定が5000Kに対し±25Kの精度で可能となった。またヨウ素LIFスペクトル中の2波長の画像強度比から壁面に衝突する高速気体噴流の温度分布の時系列が測定された。さらにTMPDとナフタレンを溶解したヘプタン溶液にエキサイプレクス蛍光法を適用し、マイクロチャンネル内の流路の温度分布が測定できるようになった。
濃度測定については、PIV法とLIF法とを組み合わせ、多点の速度と濃度の同時計測システムが開発され、噴流中の渦度分布と濃度分布の相関が定量的に評価された。また高温雰囲気中に噴射された燃料噴霧にLIF法が適用されホルムアルデヒドの蛍光が初めて可視化されて着火過程が明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Kosaka,H.: "Two-Dimensional Imaging of Ignition Processes in a Transient Fuel Spray" The 4th Intemational Symposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines(COMODIA98). 387-392 (1998)
• [文献書誌] 小河原加久治: "流れ場の能動制御におけるカオス制御法" 日本機械学会論文集B編. 65・629. 44-47 (1999)
• [文献書誌] Kawahashi,M.: "Whole Field Spatial Frequency Analysis of Double-or Multiple-Exposed PIV Images" J.Visualization. 1・2. 195-203 (1998)
• [文献書誌] Hu,H.: "Research on the Mixing Enhancement Performance of Lobed Nozzies by Using PIV and LIF" Proc.of FEDSM'98 ASME Fluids Engineering Div.ision Summer Meeting. 1-8 (1998)
• [文献書誌] 塩路昌宏: "PIV計測における精度の検討" 可視化情報. 18・2. 105-106 (1998)
• [文献書誌] 中山 浩: "02-LIPFを用いた二次元温度計測法に関する研究(ステレオビューアの開発とその有効性の検証)" 日本機械学会論文集B編. 64・628. 4031-4036 (1998)
• [文献書誌] 曹 兆敏: "ダブルパルスレーザ誘起蛍光法によるディーゼル燃料噴霧のデジタル画像計測" 日本機械学会論文集B編. 65・629. 71-77 (1999)
• [文献書誌] Hayami,H.: "Flow Measurement in a Rotating Impeller Passage Using PIV" Proc.of Third International Conference on Pumps and Fans. 13-19 (1998)
• [文献書誌] Suzuki,Y.: "Extension of Exciplex Fluorescence Technique to Low Temperature Region" Proc.of 5th ASME/JSME joint Thermal Engineering Conference.(1999)
• [文献書誌] Fujimoto,H.: "Flow Characteristics in a Transient Spray by Means of PIV" Proc.VSJ-SPIE98,AB003. 1-18 (1998)
• [文献書誌] Abe,M.: "Multilayer PIV Technique with High Power Pulse Laser Diodes" Proc.of 9th Int.Symp.on Appl.Laset Tech.To Fluid Mechanics. 1. 6.1.1-6.1.6 (1998)
• [文献書誌] 城戸章宏: "雰囲気LIF法による非定常ガス噴流の温度・濃度場の同時画像計測" 日本機械学会論文集B編. 64・620. 306-312 (1998)