レーザー誘起蛍光法を用いた気泡形状の画像解析

使用激光诱导荧光法对气泡形状进行图像分析

基本信息

批准号：
06750173
负责人：
細川茂雄
金额：
$ 0.58万
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：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750173/
关键词：
気泡 3次元形状レーザー誘起蛍光画像解析レーザーシート

项目摘要

混相流は時々刻々と変化する界面を持つ流れであるため、定量的な計測が困難であり、流動機構を解明するためには、まだ十分な実験データが得られていない。また、混相流の数値解析は今後の発展が期待されるが、計算コードの検証のための実験データが乏しく、大きな問題となっている。このため、本研究においては、液体中を上昇する気泡の形状を定量的に計測するために、レーザー誘起蛍光法を用いた画像解析システムの試作と検討を行た。本研究では、レーザー誘起蛍法を用いた画像解析システムの試作と検討を以下の様に行った。1.実験ループの制作:計測対象となる混相流実験ループの製作を行なった。本研究においては、計測システムの検証のため、気泡の体積を予め知っておく必要があるため、常に同じ体積の単一気泡が発生できるように工夫する。具体的には、三方弁に空気を流し、弁の流動方向を切り替える。これによって、三方弁の回転部分に空いている空間と同じ体積の気泡を注入することが出来た。気泡体積の変化は、三方弁を変えて行った。2.レーザーシート光学系の設計、制作:レーザー誘起蛍光を平面的に得るための既存のアルゴンイオンレーザーに対応するレーザーシート光学系の設計、製作を行なった。本研究で用いたレーザーシート光学系の仕様は以下のとおりである。3.気泡の可視化と気泡形状の算出,検討: 上記の実験装置およびレーザーシート光学系を用いてロ-ダミンB水溶液中を上昇する気泡を可視化し、ビデオを用いて画像データの収集を行なった。得られた画像データをコンピュータを用いてノイズの除去を行ない、気泡の輪郭検出を行った後、気泡の三次元形状を測定した(図参照)。今回の計測システムでは、ビデオの解像度が低いため(640×480)気泡の周囲に存在する波を得ることは出来なかったが、高解像度のCCDカメラを用いればより有効な手法となると考えられる。

多相流是一种界面时刻变化的流动，定量测量困难，目前尚未获得足够的实验数据来阐明其流动机理。此外，尽管多相流的数值分析有望在未来得到发展，但缺乏验证计算代码的实验数据是一个主要问题。因此，在本研究中，我们原型并研究了一种使用激光诱导荧光的图像分析系统，以定量测量液体中上升的气泡的形状。在本研究中，我们使用激光诱导荧光方法对图像分析系统进行了原型设计和研究，如下所示。 1. 实验回路的创建：我们创建了一个要测量的多相流实验回路。在这项研究中，为了验证测量系统，有必要提前知道气泡的体积，因此我们将想办法始终生成具有相同体积的单个气泡。具体而言，使空气流过三通阀并切换该阀的流动方向。这使得可以将与空白空间相同体积的气泡注入三通阀的旋转部分。通过改变三通阀来改变气泡体积。 2.激光片光学系统的设计和制作：我们设计并制作了与现有氩离子激光器兼容的激光片光学系统，以获得平面内的激光诱导荧光。本研究中使用的激光片光学系统的规格如下。 3.气泡的可视化和气泡形状的计算和研究：使用上述实验设备和激光片光学系统，对罗丹明B水溶液中上升的气泡进行可视化，并使用视频收集图像数据。使用计算机从获得的图像数据中去除噪声并检测气泡的轮廓后，测量气泡的三维形状（见图）。使用该测量系统，由于视频分辨率较低（640 x 480），我们无法捕获气泡周围存在的波浪，但我们相信使用高分辨率 CCD 相机将是一种更有效的方法。