知的可視化情報処理技術による複雑系の乱流構造に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650189
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 李 輝 鹿児島大学, 工学部, 助手 (00253906)
• キーワード: 知的可視化情報処理 / 離散ウェーブレット変換 / 乱流 / 渦 / 噴流 / 画像処理 / 多重解像度解析 / 流体計測

研究概要

本年度は、乱流構造を解明するため、知的可視化情報処理技術を用いた流れ画像とPIVを解析した。得られた結果は次の通りである。
1.流れ画像の応用
画像の多重解像度法は、高精細画像を、順次、細かくなる部分や成分の階層に分解することである。多重スケール乱流構造を解明するため、2次元離散ウェーブレット多重解像度解析法を用いてロブジェット混合流のLIF (Laser Induced Fluorescence)画像を解析した。五つのスケール(a=0.96〜15.36mm)の画像成分が得られ、これらの画像成分から各スケールの渦の構造と位置が明瞭に観察された。特に、小スケールの画像から渦の形状や特徴などを容易に抽出できた。さらに、時間-空間-スケールにおいてビジュアル的な乱流の渦構造の形成・成長・干渉過程などを解明した。
2.PIVの応用
(1)ウェーブレット画像圧縮法に基づいたPIV
本研究は、画像のノイズ除去と高速処理の研究目標として、ウェーブレット画像圧縮技術に基づいて流速計測技術(PIV)が提案されている。標準PIV画像に対してウェーブレット画像圧縮を行った結果は、領域法は閥値法より圧縮率と再現性が高いことがわかった。さまざまな基底関数に対して領域法を用いた標準PIV画像圧縮の結果から、高次の基底関数ほど再現性が高くなっていることがわかった。画像の圧縮率の増加に伴って算出した速度は正解値との平均相関が減少するが、高い圧縮率に対しても相関性が高い速度成分を得ることができた。
(2)ベクトル多重解像度法に基づいたPIV瞬時ベクトルの解析
本研究はベクトル多重解像度法がPIVの計測データに応用して、流れ構造の抽出法が提案されている。ロブジェット混合流のステレオPIV計測結果に対してベクトル多重解像度解析の結果から、ロブの先端の付近でマッシュルーム上の大渦の構造が明瞭的に観察された。また、ロブの付近で中小渦が分布し、強い混合流を形成していることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Hui LI: "Application of Wavelet Technique to False Vector Correction and Data Compression in PIV"Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. Vol.45, No.150. 224-228 (2003)
• [文献書誌] Hui LI, Y.Zhou: "Wavelet Multi-Resolution Analysis of Initial Condition Effects on Near-Wake Turbulent Structures"Journal of Visualization. Vol.5, No.4. 343-354 (2002)
• [文献書誌] Hui LI, Y.Zhou, M.Takei, Y.Saito, K.Horii: "Smart Visualization of Multi-Scale Turbulent Structures"International Journal Applied Electromagnetics and Mechanics. Vol.15, No.1-4. 393-402 (2002)
• [文献書誌] Hui LI, H.Hu, T.Kobayashi, T.Saga, N.Taniguchi: "Extraction of Multi-scale Structure of Turbulent Lobed Jet from PIV Results Using Vector Wavelet Multiresolution Technique"Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. Vol.45, No.147. 61-65 (2002)
• [文献書誌] Hui LI, M.Takei, Y.Saito, K.Horii: "Application of Wavelet Packet Image Compression Technique to Particle Image Velocimetry"International Journal Applied Electromagnetics and Mechanics. Vol.15, No.1-4. 383-392 (2002)
• [文献書誌] Hui LI: "Application of Wavelet Multi-Resolution Analysis to Pressure Fluctuations of Gas-Solid Two-Phase Flow in a Horizontal Pipe"Powder Technology. Vol.125, No.1. 61-73 (2002)
• [文献書誌] 李 輝等 (共著): "画像処理技術 (可視化情報ライブラリー4)"朝倉書店(印刷中,未定). (2003)