レーザ誘起蛍光画像を用いた二次元流速ベクトル測定法の開発と検証

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555055
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高城 敏美 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40029096)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木下 進一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70263209) ; 小宮山 正治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (40178372) ; 岡本 達幸 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40127204)
• Keywords: 誘起蛍光 / 強度むら / 相互相関 / 流速 / バイアセチル / PTV / PIV

Research Abstract

(1)本研究では乱気流変動の時間スケールに比べて微少な時間差で2回のパルス光を発振するNd : YAGレーザを用い,この各々のレーザ光をシート状に拡大し,それぞれのパルス光からの散乱光強度を区別して2次元的に検出する光学系を構成した.ダブルパルスNd : YAGレーザの波長を蛍光剤(バイアセチル)を励起できる波長(3倍波)に変更し,誘起蛍光を高感度CCDカメラ2台で微小な時間差での検出ができるようにした.(2)乱流窒素噴流における2流体の乱流混合場を対象とし,一方の流体に誘起蛍光を発する成分蒸気を添加し,蛍光強度の2次元分布画像を微小時間差で得て,2枚の画像から蛍光強度のむら(濃度のむら)の移動速度ベクトルを相互相関によって算出を行った.(3)(2)と同時に,流れに微小粒子を混入し,粒子からの散乱光の2次元画像を用いて,PTV法またはPIV法により粒子の移動速度ベクトルの2次元分布を得た.このとき,誘起蛍光と粒子からのミー散乱光は波長が異なるので,区別して検出できる.(4)(2)のスカラー量(濃度)の移動から求めた流速と(3)の粒子の移動から求めた流速を比較し,以下の知見を得た.本測定法を適用する際の相関関数を計算するマトリクスの大きさを固定した場合においても,PTV法によって求めた速度ベクトルとおおむね一致する.また一致しない速度ベクトルはマトリクスの大きさを変化させることで改善される場合もある.スカラー量の'むら'の状態をマトリクスと同じ時刻の近傍領域との相互相関関数の分布で表し,本測定法とPTV法の同時測定から'むら'の状態と本測定法による速度ベクトルの測定精度への関連性を示した.

Research Products

• [Publications] Masaharu Komiyama, Ryoji Kawabe, Akinori Hayashi, Shinichi Kinoshita, Toshimi Takagi: "Measurements by Rayleigh Scattering and LIF in Diffusion Flames Interacted with Large Scale Vortices"Proceedings of The Third Asia-Pacific Conference on Combustion. 409-412 (2001)
• [Publications] 林昭憲, 川辺亮二, 小宮山正治, 高城敏美: "大規模渦と干渉する拡散火炎のレーザ画像計測による構造解析(第2報)"第39回燃焼シンポジウム講演論文集. 187-188 (2001)