PIV並列計算ステーションの構築による気液二相乱流構造のデータベース化

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15560135
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 山本 富士夫 福井大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50020227)
• 研究分担者: 村井 祐一 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80273001)
• キーワード: 可視化 / 画像計測 / PIV / 混相流 / 気液二相流 / PTV / 乱流せん断応力 / PIV-CFDハイブリッド

研究概要

本研究は、PIV(Particle Image Velocimetry:粒子画像流速測定法)を一つのシステムにステーションとして集約し、混相乱流構造の解明に応用したものである。実績として次の成果を得た。
A.PIV並列計算ステーションの構築に関する成果:
A-1.サボニウス風車まわりの高い変形速度を有する流れ場を当研究室開発のVGT〔速度勾配テンソル法〕を用いて計測誌、NS方程式の数値解法と融合したPIV-CFDハイブリッド化により圧力場の計算を可能とした。
A-2.気泡流における気泡間の相互作用を3D-PTVを適用した結果、鉛直方向には吸引作用が、水平方向には反発作用が働くことを明らかにした。
A-3.ボイド率の高い気泡流の気泡画像のPIV/PTV計測から逆解析により連続相(液相)の流速を計算する方法を開発し、その性能を明らかにした。
B.気液二相乱流構造の解明に関する成果:
B-1.高速高解像度ビデオカメラとせん断応力センサーとを同期させたシステムを構築し、PIV計測により壁面スライド気泡群がもたらす乱流せん断応力増減機構を解明した。
B-2.気泡流の実効粘性・乱流特性・変形付与粘性を回転二重円筒間のテイラー・クエット気泡流のPIV計測により調べ、特にリング渦の場合とらせん渦の場合の遷移について明らかにした。
B-3.壁面気液二相流境界層のレイノルズ応力分布をShallow Focal PTVシステムの構築により調べ、壁面せん断応力低減との関係を検討した。
B-4.ヘリカル官内気泡流・スラグ流の乱流構造の解明のため、CT画像計測システムを構築し、実験の結果、遠心力の効果による二次流れの形成と気泡分布について新しい知見を得た。
以上の成果は9編の学術論文として発表された。

研究成果

• [雑誌論文] Turbulent shear stress profiles in a bubbly channel flow assessed by particle tracking velocimetry (2006)
  • 著者名/発表者名: Murai, Y.
  • 雑誌名: Experiments in Fluids (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Skin friction reduction by large air bubbles in a horizontal channel flow (2006)
  • 著者名/発表者名: Murai, Y.
  • 雑誌名: International Journal of Multiphase Flows (印刷中)
• [雑誌論文] Measurement of Bubble-Bubble Interaction Depended on Reynolds Number Using Stereoscopic Bubble-Tracking Technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Qu, J.W.
  • 雑誌名: Journal of Hydrodynamics 17(2) ページ: 243-251
• [雑誌論文] Backlight Imaging Tomography for Gas-Liquid Two-Phase Flow in a Helically Coiled Tube (2005)
  • 著者名/発表者名: Murai, Y.
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology vol.16 ページ: 1459-1468
• [雑誌論文] 気泡を含む水平チャネル乱流の壁面摩擦抵抗(気液界面挙動と局所壁面せん断応力の同期計測実験) (2005)
  • 著者名/発表者名: 大石 義彦
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(B編) vol.71, No.706 ページ: 1542-1549
• [雑誌論文] 微小気泡がもたらす回転二重円筒内の摩擦抵抗低減現象 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大岩 浩司
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(B編) vol.71, No.706 ページ: 1550-1557
• [雑誌論文] Three-Dimensional Interaction of Bubbles at Intermediate Reynolds Numbers (2005)
  • 著者名/発表者名: Murai, Y.
  • 雑誌名: Journal of Multiphase Science and Technology vol.17, No.4 ページ: 1-23
• [雑誌論文] Estimation of the liquid velocity field in two-phase flows using inverse analysis and particle tracking velocimetry (2005)
  • 著者名/発表者名: Cheng, W.
  • 雑誌名: Flow Measurement and Instrumentation vol.16 ページ: 303-308
• [雑誌論文] 浅焦点結像法による壁面スライド気泡流の内部構造計測 (2005)
  • 著者名/発表者名: 芦原 将彰
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(B編), vol.71, No.710, ページ: 2393-2400