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.

应用目前已开展的湍流场喷雾激光测量技术，尝试量化喷雾与气流之间的湍流特性。将激光测量应用于喷雾燃烧场的光学器件同时，我们还开发了喷雾场。为了将PIV应用于喷雾领域，我们开发并优化了透镜系统和激光片光学系统，还开发了透镜光学系统将其应用于喷雾燃烧领域。当PIV应用于喷雾领域时，瞬间天空虽然可以获得中间速度分布，但无法获得液滴尺寸的信息。因此，为了将液滴尺寸信息添加到PIV测量方法中，我们将Mie的理论应用到PIV中，我们开发了可以的PIV。通过应用它来检测颗粒尺寸，并在基本喷雾燃烧器中进行测量。在我们迄今为止的研究中，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。在本文中，我们根据迄今为止进行的基本喷雾燃烧器的实验结果，将该技术应用于高大气压场。在将PIV应用到实际喷雾燃烧器中时，与之前一样，颗粒尺寸为了检测具有30μm以下、30至50μm和50μm以上三类粒径的液滴的速度，根据所获取的图像的亮度信息将信息分类为三个图像。在图像中采用互相关处理进行速度生成，使用该技术获取的数据与同时获得的相位多普勒方法获得的液滴尺寸和速度之间的相关性表现出相似的趋势，表明该技术还可以表明其在高压喷雾燃烧领域的应用。