乱流場における噴霧特性のレーザ計測とMicro-fluidicsへの応用

湍流场喷雾特性的激光测量及其在微流控中的应用

基本信息

批准号：
01J09242
负责人：
山田直樹
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J09242/
关键词：
噴霧場噴霧燃焼場ミーの理論 PIV(粒子画像計測法)液滴挙動

项目摘要

今までに行ってきた乱流場での噴霧のレーザ計測技術を応用し,噴霧と気流との間の乱流特性量の定量化を試みた.噴霧燃焼場にレーザ計測を適用するための光学系の開発も同時に行った.噴霧場にPIVを適用するために,レンズ系,レーザシート光学系の開発及び最適化を行い,さらに噴霧燃焼場に適用するためのレンズ光学系の開発を行った.噴霧場にPIVを適用した場合,瞬時の空間的な速度分布は得られるが,液滴径の情報を取得することは不可能であった.そこで,PIV計測法において液滴の粒径情報を付加するために,ミーの理論のPIVへの適用により粒径が検知できるPIVの開発を行い,基礎的な噴霧バーナにおいて計測を行ってきた.そしてこれまでの研究において,この技術を実機噴霧燃焼器に適用するための光学系の開発を行ってきた.今年度の研究においては,今まで行ってきた基礎的な噴霧バーナでの実験結果を基に,この技術の高雰囲気圧力場への適用を行った.今回の実機噴霧燃焼器へのPIVの適用においては,これまでと同様,粒径情報として30μm以下,30〜50μm,そして50μm以上の3種類のクラスの粒径を持った液滴の速度検知を目的として,取得された画像上の輝度情報を元に3つの画像に分類し,それぞれの画像において相互相関処理により速度生成を行った.その結果,3つのクラスの速度分布に違いを検出し,それぞれの粒径クラスの液滴速度が異なっていることを示すことができた.また,この技術を用いて取得されたデータと,同時に取得された位相ドップラ法による液滴の粒径・速度の相関関係が似通った傾向を示し,本技術が高圧噴霧燃焼場においても適用可能であることを示した.

我们已经应用了激光测量技术，以在湍流场中喷涂，这些湍流试图量化喷雾和气流之间的湍流特性。我们还开发了一个光学系统，用于将激光测量应用于喷雾燃烧场。为了将PIV应用于喷雾场，我们已经开发并优化了镜头系统和激光板光学系统，并进一步开发了透镜光学系统，以将其应用于喷雾燃烧场。当将PIV应用于喷雾场时，可以获得瞬时空间速度分布，但是不可能获得有关液滴直径的信息。因此，为了在PIV测量方法中添加液滴的粒度信息，我们开发了一种PIV，可以通过将MEE理论应用于PIV来检测粒径，并在基本的喷雾燃烧器上进行了测量。在先前的研究中，我们开发了一种光学系统，将该技术应用于实际的喷雾燃烧器。今年的研究在本文中，基于迄今为止一直进行的基本喷雾燃烧器的实验结果，该技术已应用于高级压力场。与以前一样，在将PIV应用于实际喷雾燃烧器中，以检测三种尺寸为30μm或更小的液滴的速度，30μm，30-50μm和50μm或更多，与过去一样，速度被分类为三个图像，这些图像基于获得的亮度信息，并通过交叉效果生成了各个图像。结果，检测到三类速度分布的差异，可以证明每个粒径类别的液滴速度都不同。此外，使用该技术获得的液滴的粒径和速度之间的相关性与使用该技术获得的数据以及同时获得的相多普勒方法获得的数据相似，这表明该技术也适用于高压喷雾燃烧场。