光ファイバLIF法による微小スケール物質拡散場の計測と統計法則の解明

利用光纤LIF法测量微尺度材料扩散场并阐明统计规律

• 批准号: 16656063
• 负责人: 酒井 康彦
• 金额: $ 2.69万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656063/
• 关键词: 物質拡散場; 乱流; 高シュミット数物質; 粘性対流小領域; 微小スケール混合; レーザー誘起蛍光法; 確率密度関数分布; レーザードップラー流速計

前年度に引き続き,微細スケール変動濃度計測システムの開発および関連する実験装置の製作を行った.前年度に開発・購入した計測システムは光ファイバ型LIFマイクロ計測システム〔(株)三弘製;製品名 定点蛍光光強度時間分析測定装置〕である.当初の計画では,光源として半導体レーザー(波長488nm)を使用し,レーザー光を光ファイバで伝送した後,可動式照射光学系によって数μm以下のスケールの検査部に絞り込み,そこで発せられた蛍光を別の可動式測定用集光光学系によってとらえ,再び光ファイバにて伝送した後フォトマルによって検出する予定であったが,開発費用の不足により,今回は受光側光ファイバシステムおよびフォトマル検出系のみ導入し,空間分解能が10μm程度の蛍光検出装置の開発を目指すこととした.まず,半導体レーザービームを直接水路に入射し,乱流噴流拡散場の1定点からの蛍光を受光側の集光光学系によってとらえ,信号のSN比,変動濃度確率密度関数分布,変動濃度パワースペクトル分布など基本的統計量の測定を行った.その結果,本システムによりほぼ正確に瞬時濃度が計測されていることが確認できた.しかしながら,パワースペクトルを見る限り,本研究では目標としている粘性対流小領域や粘性拡散小領域は現れなかった.今後,レーザーを先球状の光ファイバで測定部付近まで伝送することにより,吸光による減衰の影響を取り除くとともに,より高分解能の測定を試みる.また,この新LIF計測システムとLDVによる乱流噴流の濃度・速度同時測定を行う.なお,乱流微細構造と拡散場の関係を数値計算によっても調べ,微小スケール拡散場の構造を考察する.

延续前年，我们开发了精细尺度脉动浓度测量系统并制造了相关实验设备。前年开发和购买的测量系统是光纤式LIF微量测量系统【三光株式会社制造】。 ; 给定的名称这是一种定点荧光强度时间分析测量装置]。原计划是使用半导体激光器（波长：488 nm）作为光源，通过光纤传输激光，然后使用可移动的照射光学系统在几微米或更小的尺度上进行测量，那里发出的荧光被另一个可移动的测量聚焦光学系统捕获，然后通过光纤再次传输。原本计划使用光电倍增管来检测荧光，但由于缺乏开发成本，我们决定只引入接收侧光纤系统和光电倍增管检测系统，旨在开发空间分辨率约为10μm的荧光检测装置，半导体激光束直接入射到水通道上，湍流射流扩散场中某一固定点发出的荧光被接收侧的聚光光学系统捕获。 ,我们测量了信噪比等基本统计数据, ,脉动浓度的概率密度函数分布, ,脉动浓度的功率谱分布。,结果,我们确认该系统几乎准确地测量了瞬时浓度但就功率谱而言，并未出现本研究针对的粘性对流小区域和粘性扩散小区域。通过使用球形光纤将激光传输到测量部分附近，我们试图消除由于光吸收引起的衰减效应，并实现更高分辨率的同步测量。湍流精细结构之间的关系。还将通过数值计算研究扩散场，并考虑微尺度扩散场的结构。

项目成果

一様等方性乱流中の2粒子拡散過程と構造抽出に関する研究

均匀各向同性湍流中双粒子扩散过程及结构提取研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本流体力学会年会2004講演論文集
• 作者: 酒井康彦;田川眞司;井上諭;久保貴;長田孝二;酒井康彦;Takashi KUBO;久保 貴;Yasuhiko SAKAI et al.;Takashi KUBO et al.;Takashi KUBO et al.;Takashi KUBO;酒井康彦
• 通讯作者: 酒井康彦

PDF法による乱流拡散と反応流の数値計算

使用PDF方法对湍流扩散和反应流进行数值计算

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本流体力学会誌「ながれ」 23巻・3号
• 作者: 酒井康彦;田川眞司;井上諭;久保貴;長田孝二;酒井康彦
• 通讯作者: 酒井康彦

高シュミット数物質拡散場の統計的特性に関する実験的研究

高施密特数材料扩散场统计特性的实验研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本流体力学会年会2005講演論文集 (CD-ROM)
• 作者: 酒井康彦;内田健児;久保貴;長田孝二
• 通讯作者: 長田孝二

Study on the two-particle diffusion and the fine-scale structures of turbulence by DNS

DNS研究二粒子扩散与湍流细尺度结构

• 发表时间: 2005
• 期刊: IUTAM Symposium on Elementary Vortices and Coherent Structures : Significance in Turbulence Dynamics (印刷中)
• 作者: Kenji UCHIDA;Yasuhiko SAKAI;Takashi KUBO;Kouji NAGATA;Yasuhiko SAKAI
• 通讯作者: Yasuhiko SAKAI

Exprimental Study on the reactive diffusion process in the liquid gird-turbulence

液网湍流反应扩散过程的实验研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Advances in Turbulence 10, Proceedings of the Tenth European Turbulence Conference
• 作者: Kenji UCHIDA;Yasuhiko SAKAI;Takashi KUBO;Kouji NAGATA;Yasuhiko SAKAI;酒井康彦;Takashi kUBO
• 通讯作者: Takashi kUBO