Development of 3D Micro-PIV techniques Applicable to Marangoni flows in small space

开发3D Micro-PIV技术 适用于狭小空间的Marangoni流动

• 批准号: 15560157
• 负责人: UEMURA Tomomasa
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15560157/
• 关键词: Micro-Flow; Three Dimensional Flow; Stereo-PTV; Inline Holography; Single-Camera Stereo Method; Parallel Projection Stereo Matching; Surface Tension; 平行投影ステレオ法; ステレオインラインホログラフィ; 3次元PTV; 3次元PIV; マイクロPIV; マイクロチャンネル流れ; 3次元速度分布; 平行投影; ステレオ撮影

The purpose of this research has been as follows ;1) Development of the measurement techniques that enable to measure instantaneous three-dimensional velocity distributions in micro-size flow fields.2) By utilizing the developed techniques, studying on interactions between surface tension and micro-flows.In this research, three kinds of imaging methods for the three-dimensional micro-PIV have been developed. The first method is a stereo-imaging method using a pair of telecentric lenses, that enables parallel projection stereo matching. The second method utilizes digital inline holography technique. The stereo inline holography technique developed in this research consists of a simple optical setup and an easy calibration method. It improves spatial resolution along the direction of optical axis. The third method is the defocus method using color eccentric apertures that can process higher distribution density of tracer particles than the ordinary defocus method.The ordinary stereo imaging setup is known to be weak in vibration and needs delicate optical alignment, especially when it is applied to tiny objects. In order to avoid the problems, some one-camera stereo imaging methods are developed. The one-camera stereo method is far robust against outside vibrations.The dimensions of measuring objects are assumed to be from some tens to hundred microns. Flows in such small space are strongly influenced by the surface tension. The major interest of the present research is an influence of surface tension and the Marangoni flows in micro-channels. Experiments concerning to the issues had not been executed, since it has taken long time to develop the measurement techniques. More experiments should be done to study the influence of surface tensions on the micro scale flows in near future.Adding to the optical methods, the feasibility study of the three-dimensional PIV technique using X-ray has done for the advanced PIV in the synchrotron radiation facility, SPRING-8.

这项研究的目的如下：1）开发测量技术，这些技术能够在微型流场中测量瞬时三维速度分布。2）通过利用开发的技术，研究表面张力和微纤维之间的相互作用。在这项研究中，三种成像方法进行了三二维MICTOMENSINEME MICTOMENSINEME MICTOMENSINEME MICTOMORO-PIV。第一种方法是使用一对遥控镜头的立体成像方法，可实现并行投影立体声匹配。第二种方法利用数字内联全息技术。在本研究中开发的立体声内线全息技术包括一种简单的光学设置和简单的校准方法。它改善了沿光轴方向的空间分辨率。第三种方法是使用颜色偏心孔的散焦法，可以处理示踪剂颗粒的分布密度比普通的散焦法。普通立体声成像设置的振动较弱，需要精致的光学对齐，尤其是将其应用于微小的对象时。为了避免问题，开发了一些单相机立体成像方法。单相机立体声方法对外部振动非常强大。假定测量对象的尺寸从几十到一百微米。在如此小的空间中的流动受到表面张力的强烈影响。本研究的主要兴趣是表面张力和微通道中的Marangoni流动的影响。关于问题的实验尚未执行，因为它花了很长时间才开发了测量技术。应该进行更多的实验，以研究不久的将来的表面紧张局部对微小量表流的影响。对于光学方法，使用X射线对三维PIV技术的可行性研究已为Synchrotron辐射设施中的晚期PIV所做的，Spring-8。

项目成果

ズームレンズを用いた単眼ステレオ視ディジタル・インライン・ホログラフィによるマイクロ3D-PTVの試み

使用变焦镜头的单目立体数字内联全息术尝试微型 3D-PTV

• 发表时间: 2005
• 期刊: 可視化情報学会全国講演会論文集 25-Suppl.2
• 作者: 大山 龍一郎;R.Ohyama;R.Ohyama;R.Ohyama;R.Ohyama;R.Ohyama;山本 恭史;山本恭史
• 通讯作者: 山本恭史

Utilization of transmission type diffraction gratings for easy alignment of stereo arrangement. (In Japanese)

利用透射型衍射光栅，轻松实现立体排列的对准。

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.Visualization Sym. Vol.25 Suppl.2
• 作者: K.Joe;T.Uemura
• 通讯作者: T.Uemura

Behaviors of droplets generated by bubbles in the vicinity of liquid-liquid interface

液-液界面附近气泡产生的液滴行为

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.5th Pacific Sym. on Flow Visualization and Image Processing (PSFVIP5) (Australia) paper 2-3(CD-ROM)
• 作者: T.Uemura;N.Yonehara;Y.Yamamoto;M.Iguchi
• 通讯作者: M.Iguchi

マイクロ3次元PTVのための平行投影画像に基づくステレオ位置計測法の検討

基于平行投影图像的微型3D PTV立体位置测量方法研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第32回可視化情報シンポジウム講演論文集 24-Suppl.1
• 作者: T.Uemura;Y.Yamamoto;S.Murata;S.Nishio;M.Iguchi;K.Uesugi;山本 恭史;城憲一郎;山本 恭史;植村 知正;T.Uemura;米原紀吉;城憲一郎
• 通讯作者: 城憲一郎

米原紀吉ほか: "微小流路内のステレオ3次元マイクロPTV計測"可視化情報. Vol.23 Suppl.1. 295-296 (2003)

Kiyoshi Yonehara 等人：“微通道中的立体 3D 微型 PTV 测量”可视化信息，第 23 卷增补 1 (2003)。