フォトブリーチングを用いたMolecular Tagging流速計測法の開発

开发利用光漂白的分子标记流速测量方法

基本信息

批准号：
11750142
负责人：
細川茂雄
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

混相流の微細的現象解明のためには、流動状態を乱さない計測手法が不可欠である。単相流の非接触速度測定法の多くは、測定のために流れ場に散乱粒子を添加するが、二相流では散乱粒子が流動状態に与える影響を無視できない。そこで、本研究では、混相流の微細構造、時間変動特性などの微小スケールでの現象解明を可能とするために、フォトブリーチング反応を応用したMolecular Tagging流速測定法の確立を目的とする。まず、計測原理の確認を行うため、Ar-ionレーザを光源とした計測システムを構築した。本計測システムを用いて、蛍光色素(フルオロセインソデュウムソルト)を混入した静止水中で、レーザビーム強度、照射時間とフォトブリーチング反応率の関係を調べた。その結果、レーザビーム強度(光束密度)および照射時間の増加とともに反応率は増加することが確認できた。次に、液体の速度を多次元で測定するために、フォトブリーチング反応を起こした液塊を追跡する画像解析用ソフトウエアを開発した。本解析ソフトは、2時刻の画像から(1)重心位置の移動、(2)相互相関により速度を求められる。以上の計測システムを実際の流動場に適用し、その性能を評価した。その結果、以下の結果を得た。1)本手法を液単相流に適用し、液流の速度をPTVと同程度に精度良く測定できることを確認した。2)本手法を、界面を含む流れ場に適用し、良好な計測結果が得られた。従って、本手法により、従来の散乱粒子を用いる手法で問題となってきた界面への散乱粒子の堆積を回避し、より精度の高い計測が可能である。

为了阐明多相流的微小现象，不干扰流动状态的测量方法至关重要。大多数单相流非接触式速度测量方法都是在流场中添加散射粒子进行测量，但在两相流中，散射粒子对流动状态的影响不容忽视。因此，在本研究中，我们的目标是建立一种应用光漂白反应的分子标记流量测量方法，以便阐明多相流的精细结构和时变特性等微观现象成为可能。首先，为了确认测量原理，我们构建了使用Ar离子激光器作为光源的测量系统。使用该测量系统，我们研究了与荧光染料（荧光素钠盐）混合的静水中激光束强度、照射时间和光漂白反应速率之间的关系。结果，证实了反应速率随着激光束强度(光通量密度)和照射时间的增加而增加。接下来，为了测量多个维度的液体速度，我们开发了图像分析软件，可以跟踪经过光漂白反应的液体质量。该分析软件可以通过（1）重心移动和（2）互相关从两次拍摄的图像计算速度。将上述测量系统应用于实际流场并对其性能进行评价。结果，获得了以下结果。 1）我们将该方法应用于单相液体流，并证实可以以与 PTV 一样的精度测量液体流的速度。 2）将该方法应用于包含界面的流场，得到了良好的测量结果。因此，该方法避免了使用散射粒子的传统方法所存在的散射粒子在界面上堆积的问题，并且能够实现更精确的测量。