超音波による気泡流動解析手法の開発と微小気泡流れによる摩擦損失低減効果の解明

开发超声波气泡流分析方法并阐明微气泡流的摩擦损失减少效果

基本信息

批准号：
20860055
负责人：
村川英樹
金额：
$ 2.1万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20860055/
关键词：
超音波気泡流ドップラ法相関法速度分布計測

项目摘要

超音波パルサレシーバを新たに導入し,高速デジタイザを用いた混相流動解析システムの一部を構築した.パルサレシーバによって送受信された超音波信号は流体中の微粒子または気泡によって反射し,高速デジタイザによってサンプリングされる.一定数の波形をオンボードメモリに蓄積後PCに転送され,波形解析することで測定線上の瞬時速度分布を取得可能とした.取得した波形および算出速度はオンタイムにPC上で確認可能とし,更に取得データの精度向上のためフィルタ処理などのアルゴリズムを導入可能としている.速度解析アルゴリズムには相関法,およびドップラ法を選択的に用いるシステムとした.相関法では,二つの超音波パルスによって瞬時速度が得られるため1ミリ秒オーダの高時間分可能を有する.一方ドップラ法では,連続した32〜128の超音波パルスからドップラ周波数を算出するため,比較的ノイズに強いといった特徴を有する.これらを適切に選択することで流れ場特性に応じて速度算出アルゴリズムを選択可能としている.更に,速度が急峻に変化する乱流場での精度向上を目指し,ドップラ解析手法に従来のFFTに加えウェーブレット解析の導入を検討し,乱流場での精度向上を目指している.これらシステムの有効性評価のため,幅50mm,高さ25mm,長さ3000mmのアクリル製水平矩形流路を製作した.流路入口には直径1mmの気泡注入口3個を上部に設置し,上部噴出し気泡による気液二相流を発生可能としている.本試験装置では開発したシステムと比較計測を行うため,既存のレーザドップラ流速計による液相速度分布計測,ならびにハイスピードカメラによる気泡流動挙動計測が可能であり,次年度に計測を行う予定である.

引入了一个新的超声波脉冲接收器，以使用高速数字化器构建多相流分析系统的一部分。脉冲星接收器传输和接收的超声信号反映了流体中的颗粒或气泡，并由高速数字化器进行采样。一定数量的波形存储在车载内存中，并将其转移到PC中。通过分析波形和计算速度，可以在PC上准时在PC上确认，并且可以引入过滤等算法以提高获得数据的准确性。速度分析算法使用相关方法和多普勒方法。在相关方法中，可以通过两种超声脉冲可以获得瞬时速度，因此可以在1毫秒的阶数达到高时光。另一方面，多普勒方法使用连续的32-128超声脉冲。为了计算Laur频率，它具有相对抗噪声的特征。通过选择这些，可以根据流场特征选择速度计算算法。此外，为了提高速度迅速变化的湍流场的准确性，该公司除了在多普勒分析方法中研究了小波分析的引入，并旨在提高湍流领域的准确性。为了评估这些系统的有效性，已经制造了50毫米宽，25毫米和3000毫米长的水平矩形丙烯酸流动路径。直径为1毫米的三个气泡入口安装在通道入口上，从而使气泡上流气泡的上流弹出，从而使气体液体两相流量产生。在此测试设备中，可以使用现有的激光多普勒流量计测量液相速度分布，并使用高速摄像头测量气泡流动行为，并计划在明年测量。