大気流動の時空間構造測定に向けたPIV技術の開拓研究

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360082
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 武田 靖 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90108481)
• 研究分担者: 村井 祐一 北海道大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80273001) ; 田坂 裕司 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00419946)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 可視化 / 流動場 / PIV / 画像処理 / 竜巻 / ダウンバースト / 気流

研究概要

気流の空間的構造を定量計測するPIV(Particle Image Velocimetry)を技術開発することを目的とし3年間の研究の実施を通じて多面的な成果を上げた. 大規模な気流計測における主要な問題は, 環境負荷の少ないトレーサを開発すること, ならびに三次元非定常構造を定量捕獲するための光学設計, さらには速度ベクトルデータの高密度化であった. 平成18年度は, トレーサの開発としWatermist法, Soap Bubble法, ならびにTuft Resonance法について検討を行い, さらにPIVに適合したトレーサの注入方法を設計・検定した. これと同時に300m規模の大気流動場を三次元計測する問題点提起実験を実施した. 平成19年度は開発したトレーサ注入法と光学系を実例計測によりデモンストレーション実験した. 計測対象は竜巻のPIV計測, 樹木や鉄塔をモデル化した透過性物体の周囲空間流動のPIV計測である. 平成20年度は大気ダウンバーストを室内モデル実験置換し, カラートモグラフィックPIV技術の実証実験を実施した. これらの開発の結果, 従来まで低密度データの2次元計測に制約されてきた気流構造計測が, 3次元高密度データ取得が可能となるに至った. また応用実験から気流のもつ固有の流動場が新たに発見され, これらについてのダイナミクスを論文等で発表した.

研究成果

• [雑誌論文] ステレオ撮影を用いた鳥の三次元軌跡計測システムの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 神田哲志, 村井祐一, 田坂裕司, 武田靖, 手塚英昭, 森治嗣
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 B1編, Vol.75, No.751 ページ: 561-563
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3-D Measurement of Smoke Density Distribution by Backward Projection of Integral Colour Information (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Murai, T. Kanda, Y. Tasaka, Y. Takeda
  • 雑誌名: Proc. 3rd International Workshop on Process Tomography(IWPT-3), Book of Abstracts No.27(CDROM) ページ: 21-21, 1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle tracking velocimetry applied for fireworks-A demonstration of vector field measurement in hundreds meter space- (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Murai, Y. Oishi, Y. Tasaka, Y. Takeda
  • 雑誌名: Journal of Visualization Vol.11, No.1 ページ: 63-70
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle tracking velocimetry applied to estimate the pressure field around a Savonius turbine (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Murai, T. Nakada, T. Suzuki, F. Yamamoto
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology Vol.18 ページ: 2491-2503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle Image Velocimetry for Air Flows Behind Permeable Cylinders (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Takeuchi, Y. Tasaka, Y. Murai, Y. Takeda, H. Tezuka, M. Mori
  • 雑誌名: Proc. 5th ASME-JSME Joint Fluids Engineering Conference-San Diego, USA No.37035 ページ: 1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics and Optics of Bubble Tracking Velocimetry for Airflow Measurement (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Kanda, Y. Murai, Y. Tasaka, Y. Takeda
  • 雑誌名: Proc. 5th ASME-JSME Joint Fluids Engineering Conference- San Diego, USA No.37036 ページ: 1-8
  • 査読あり
• [学会発表] 回転透過性円柱の後流特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中大樹, 田坂裕司, 村井祐一, 武田靖
  • 学会等名: 日本機械学会北海道支部学生会第38回学生員卒業研究発表講演会講演論文集
  • 発表場所: 北見工業大学, 北見
  • 年月日: 2009-03-07
• [学会発表] 都市ガス管路におけるトレーサーガスを用いた流量計測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 竹内智朗, 村井祐一
  • 学会等名: 日本機械学会第13回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集[No.08-8]
  • 発表場所: 北海道大学, 札幌
  • 年月日: 20080619-20
• [学会発表] サボニウス風車まわりの二次元位相平均圧力場について (2008)
  • 著者名/発表者名: 村井祐一
  • 学会等名: 日本機械学会第13回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 北海道大学, 札幌
  • 年月日: 20080619-20
• [学会発表] ステレオ撮影を用いた鳥の三次元軌跡計測システムの開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 神田哲志, 村井祐一, 田坂裕司, 武田靖, 手塚英昭, 森治嗣
  • 学会等名: 日本機械学会第13回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集[No.08-8]
  • 発表場所: 北海道大学, 札幌
  • 年月日: 20080619-20
• [学会発表] 透過性円柱の後流構造 (2007)
  • 著者名/発表者名: 竹内寛貴, 田坂裕司, 村井祐一, 武田靖
  • 学会等名: 第85期日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集[No.07-16]
  • 発表場所: 広島大学, 東広島
  • 年月日: 2007-11-17
• [学会発表] 微小中空液滴による物体後流場のPIV (2007)
  • 著者名/発表者名: 神田哲志, 田坂裕司, 村井祐一, 武田靖
  • 学会等名: 可視化情報全国講演会(岐阜2007)講演論文集
  • 発表場所: 岐阜大学, 岐阜
  • 年月日: 2007-09-26
• [学会発表] 離散ベクトルデータの時空間グローバル補間スキーム (2007)
  • 著者名/発表者名: 村井祐一, 井戸健敬
  • 学会等名: 日本機械学会創立110周年記念2007年度年次大会講演論文集
  • 発表場所: 関西大学, 吹田市
  • 年月日: 2007-09-12
• [学会発表] シャボン玉トレーサによる翼周りの流れのPTV計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 神田哲志, 村井祐一, 田坂裕司, 武田靖
  • 学会等名: 第35回可視化情報シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 工学院大学, 東京
  • 年月日: 2007-07-25
• [学会発表] ColorPIVによるダウンバーストの3次元計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 神田哲志, 村井祐一, 田坂裕司, 武田靖
  • 学会等名: 第36回可視化情報シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 工学院大学, 東京
  • 年月日: 2007-07-22
• [学会発表] 人工トルネードにおける断面粒子濃度分布 (2007)
  • 著者名/発表者名: 吉本貴弘, 村井祐一, 田坂裕司, 武田靖
  • 学会等名: 第36回可視化情報シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 工学院大学, 東京
  • 年月日: 2007-07-22
• [学会発表] シャボン玉トレーサによる気流PTV計測法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 神田哲志, 田坂裕司, 村井祐一, 武田靖
  • 学会等名: 日本機械学会北海道支部卒研発表会2007講演要旨集
  • 発表場所: 室蘭工業大学, 室蘭
  • 年月日: 2007-03-03