渦度場フルフィールド計測のための次世代PIVの関発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205031
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 速水 洋 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (10038606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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) ; 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206) ; 岡本 孝司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80204030) ; 榊原 潤 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (10292533)
• Keywords: 粒子画像流速計 / PIV / 高速PIV / 時系列 / 流動計測 / 非定常流 / 渦度

Research Abstract

本年度は初年度であり、渦度場過渡変動計測のためのシステムの構築と評価を実施した。その結果、所定の目的を達成できるシステムが構築された。次年度以降、さまざまな実験によるデータ取得とシステムの改善を継続して実施する。具体的成果は以下の通りである。
(1)ダイオード励起型Nd:YLFレーザ光源と、高速C-MOSカメラと組み合わせることで、世界最先端級のメガピクセル高速PIVシステムを構築した。
(2)レーザ光源について、1kHz繰返し周波数において、ファイバ出口端出力が20mJ以上であること、またレーザパルス幅が約150nsであることをそれぞれ確認した。
(3)レーザービームは光ファイバを通して任意の位置に設置可能であるがビーム広がり角は大きい。凸レンズと平凹レンズを組み合わせることで、最小厚み2mmのレーザシート光への変換に成功した。
(4)外部周期信号源としてフリップ・フロップ型パルス発生装置を作成し、任意の繰返し周波数でのパルス発振とパルス周期の精度を確認した。
(5)水噴霧器の水滴噴流流れ場計測に本システムを適用し、1k×1kのメガピクセル画像でシングルパルス2kHzの繰返しPIV計測に、また、512×256ピクセル画像においで10kHzの繰返しPIV計測に成功した。
(6)さらに、ダブルパルスオプションを利用したストラドリングPIV計測において、パルス時間間隔約5μs、繰返し7.5kHz(カメラは15kfps)のPIV計測に成功した。
(7)その結果、高速計測時においても10μm直径水滴像が良好に認識できること、相互相関法による速度ベクトル場に加えて、渦度場の時間変化(時系列)、さらに流れ方向への渦度の減衰を確認した。
(8)システムにおける問題点、ダブルパルスの光強度と時間間隔の設定法および大容量データ転送の高速化などを検討し、それらを解決した。