渦度場フルフィールド計測のための次世代PIVの関発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205031
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 速水 洋 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10038606)
• 研究分担者: 榊原 潤 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (10292533) ; 西野 耕一 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (90192690) ; 川橋 正昭 埼玉大学, 工学部, 教授 (70008853) ; 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 岡本 孝司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80204030)
• キーワード: 粒子画像流速計 / PIV / 高速PIV / 時系列 / 流動計測 / 非定常流 / 渦度

研究概要

昨年度構築した2D2C(面内速度2成分)PIVの具体的活用に加えて、さらにもう1台の高速カメラを加えることで、2D3C(面内速度3成分)ダイナミックステレオPIVを構築した。
1.水噴霧器の水滴流流れ計測において、1秒間に約1億個の速度ベクトルや渦渡値を得た。また、噴霧始動時の過渡現象についてのPIV計測に成功した。
2.曲がり管内で発生する振動現象の解析に適用し、二次流れと振動現象の関係を定量的に解析した。同時に、管内流れステレオ計測のためのレーザマーカー法による非侵襲カメラ校正法を開発した。
3.多孔ノズルより噴出する全角次元気体噴流構造の時系列計測に本ステレオPIVを適用して、照明およびカメラ光学系の検討と実測を行い、隣接する噴流間の干渉により生じる噴流挙動の非定常性を明らかにした。
4.ガルバノミラーを用いてレーザシートをその面と垂直方向にスキャンし、多断面のステレオPIV計測を行った。軸対称水噴流における下流100mm立方領域内50断面内の瞬時速度3成分を0.2秒で計測し、渦度の三次元分布を得た。さらに、時間的に連続的な計測を行い、三次元的渦構造の時間的発展を捉えた。
5.本PIVの空間解像度をさらに増大させるため、倍率の異なる2台のカメラで同時に同じ領域を計測する手法を開発した。空間解像度を1:5000に拡大するとともに、手法の問題点について検討を行った。
6.軸対称衝突水噴流装置を設計・製作し、本システムを用いて、よどみ領域の乱流計測を実施した。乱流統計量の吟味によってPIV計測の妥当性を確認した後、乱流構造の時空間挙動の解析を行い、周方向にランダムに出現する高速流体塊の存在を明らかにした。
7.本成果のうち、項目1と4、さらに4次元PIVについては日刊工業新聞に、また、本システムについては、毎日、朝日、西日本新聞等にも取り上げられた。
8.今年度の成果をふまえ、ダイナミックPIVに関する国際ワークショップを主催した。

研究成果

• [文献書誌] H.Hayami, K.OKamoto, S.Aramaki, T.Kobayashi: "Development of a New Dynamic PIV System"Proc.7^<th> Int Sysp of Fluid Control, Measurement and Visualization. 1-6 (2003)
• [文献書誌] 速水 洋, 岡本 孝司, 荒巻 森一朗, 小林 敏雄: "高速度PIVシステムの開発"可視化情報. 23・Suppl.1. 207-208 (2003)
• [文献書誌] 明度 佳憲, 大島 まり, 佐賀 徹雄, 小林 敏雄: "ステレオPIVにおける非侵襲なカメラ校正手法の開発"可視化情報. 23・Suppl.1. 33-36 (2003)
• [文献書誌] Zama, Y., Kowahashi, M., 他5名: "Three-dimensional measurements of multi-gas-jets flow issuing from a gas trubine nozzle with multiple holes"Proc.5^<th> Int.Symp.On PIV, paper No,3130. 1-6 (2003)
• [文献書誌] J.Sakakibara, T.Hori, S.Aramaki, H.Hayami: "Measurement of 3D vorticity field or turbulent jet using scanning stereo PIV"Bulletin of the American Physical Society. 48・10. 221 (2003)
• [文献書誌] K.Nishino, T.Takahashi: "High-speed PIV applied to a submerged circular impinging jet"Proc.5^<th> International Symposium on Particle Image Velocimetry (PIV '03), paper No.3217. 1-13 (2003)
• [文献書誌] Okamoto, K.(分担): "EUROPIV2 on Particle Image Velocimetry (Dynamic PIV)"Springer, Berlin. 11 (2004)