3軸方向速度成分の3次元空間分布測定を可能にする粒子画像計測法の開発

开发能够测量三个轴方向速度分量的三维空间分布的粒子图像测量方法

基本信息

批准号：
15760110
负责人：
細川茂雄
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760110/
关键词：
流体計測 PIV 3次元レーザ計測

项目摘要

粒子画像計測法(PIV, PTV)は、流速の瞬時空間分布を測定でき、流体の力学的評価に資する実験データを得られる計測手法として幅広く用いられるようになった。しかし、現在市販されている粒子画像計測法では、瞬時速度場の3軸方向成分を3次元空間内で得ることはできない。本研究では、3軸方向速度の3次元分布を測定できる粒子画像計測手法を構築し、その実用性を評価することを目的とする。前年度は、計測手法原理の構築、3次元粒子位置計測システム開発、3軸方向速度の3次元分布算出用相関アルゴリズム開発を実施した。今年度は、これらのシステムを統合し、3次元粒子画像流速計測システムを構築した。また、予備実験を実施し、光学系および相関アルゴリズムに改良を加えた。開発したシステムを層流噴流、液滴周囲流れ、ダクト内乱流に適用し、1)2波長の散乱光強度の比からレーザシート奥行き方向の位置評価が可能であり、その誤差は5%以下であること、2)速度ベクトル算出時の最大計測誤差は相関値と強い相関があり、相関値に基づく過誤ベクトルの除去が可能であること、3)本システムにおける速度の測定誤差は、レーザシート平面内成分に対して5%以下、垂直成分に対して10%以下であること、4)本システムは、界面および循環を伴う沈降液滴周囲の3次元流動を良好に計測できること、5)本システムによりダクト内乱流場の速度測定が可能であり、測定した速度および乱れの分布は、レーザドップラ流速計による計測値と良く一致することを確認した。

粒子图像测量（PIV，PTV）已被广泛用作测量方法，可以测量流速的瞬时空间分布，并获得有助于流体机械评估的实验数据。但是，使用当前可用的粒子图像测量方法，无法在三维空间中获得瞬时速度场的3轴成分。这项研究旨在构建一种粒子图像测量方法，该方法可以测量3轴速度的三维分布并评估其实用性。在上一年，我们实施了测量方法原理的构建，开发了一个3D粒子位置测量系统，并开发了一种用于计算3轴速度3D分布的相关算法。今年，我们整合了这些系统以构建3D粒子图像流速度测量系统。还进行了初步实验，并对光学系统和相关算法进行了改进。将开发的系统应用于层流喷气机，液滴环境流和管道中的湍流。 1）可以从两个波长的散射光强度之比中评估激光片深度方向的位置，并且误差小于5％，2）计算速度矢量计算速度矢量的最大测量误差密切相关，与该系统相关性较小，基于该系统的误差较小，基于5％的iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS iS 3）vele vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel vel velys corlocty误差率较小。垂直组件的激光板平面组件和少于10％，4）系统能够通过接口和循环量测量围绕沉降液滴的三维流动，5）该系统能够测量管道中湍流场的速度，并且测量的速度和湍流值良好。