三次元複雑乱流の構造解明のための速度・圧力ハイブリッド計測技術の開発

开发速度/压力混合测量技术来阐明三维复杂湍流结构

基本信息

批准号：
11J03769
负责人：
河田卓也
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03769/
关键词：
乱流計測ステレオPIV 時間分解PIV 変動圧力 Large-eddy Simulation 速度・圧力相関

项目摘要

平成24年度の研究活動では、当初の研究実施計画通り、PIVと静圧プローブによる変動圧力計測の組み合わせによる速度・圧力同時計測手法の開発について主に研究を行い、それと並行して去年度に引き続き、熱線流速計と静圧プローブの組み合わせによる同時計測手法を用いた円柱後流における速度・圧力相関計測に関する研究を引き続き行った。以下に、それぞれにおける研究成果をまとめる。円柱後流における熱線流速と静圧プローブを用いた計測に関する研究では、23年度における研究活動により、実験による計測結果と数値シミュレーションによる計算結果が概ね良好な一致を得る事が出来たが、物理量の一部において実験と数値シミュレーションの十分な一致が得られなかった。24年度の研究活動では、もう一つのテーマに並行して引き続きこの点に関して詳細に検討を行った。実験と数値シミュレーションの詳細な比較により、両者の結果の不一致は、計測中に速度と圧力の信号の間に生じた小さな時間差が原因であることが分かり、その時間差を修正すれば実験と数値シミュレーションに良好な一致を得る事が出来た。これより、熱線流速と静圧プローブを組み合わせた速度・圧力同時計測手法の信頼性をさらに確かめることが出来きた。PIVと静圧プローブの組み合わせによる計測手法の開発では、23年度で準備を整えた研究室既存の流路を用いて、ステレオPIV、高速度カメラを用いた時間分解PIV、それぞれと静圧プローブを組み合わせた速度・圧力同時計測を試みた。PIV計測と圧力計測の同期、静圧プローブによるレーザー光の反射などの技術的な問題点を解決し、同時計測を試みたが、静圧プローブが計測する圧力の変動の大きさが期待される値よりも小さく、良好な結果が得られなかった。水中における静圧プローブを用いた変動圧力計測の精度をさらに向上させるため、水中計測専用の静圧プローブを新たに試作し、水中における計測系の動的特性を調べる手法を開発した。計測系の動的特性を把握し、それに基づいた修正を計測された圧力に施すことで、計測された圧力変動が期待されるような値を示し、数値シミュレーションや空気における実験結果とも良好な一致を示した。水中において静圧プローブを用いて変動圧力を計測例はこれまで無いため、静圧プローブを用いた計測手法の適用範囲を広げる上でこれは重要な成果である。

在最初计划的2012年的研究活动中，我们主要对使用PIV和静态压力探测的结合进行了同时发展的速度和压力测量方法，并且与上一年一样，我们继续对速度和压力测量方法进行循环测量方法进行研究，同时使用循环测量方法进行循环测量，以同步的效果测量量，并使用循环测量方法组合进行一定的启动方法组合。探测。以下是每个研究结果的摘要。在圆柱和静态压力探针之后使用热线流量速度进行测量的研究，2011年的研究活动使我们能够在实验测量结果与数值模拟计算结果之间获得一般良好的一致性，但是我们无法获得实验流速度和一些物理量化的数值模拟之间的足够一致性。在2012年的研究活动中，我们继续与另一个主题一起详细研究。实验和数值模拟的详细比较表明，两个结果之间的不一致是由于测量过程中速度和压力信号之间发生的时间差很小，并且通过纠正时间差，实验与数值模拟之间的良好一致性。这使我们能够进一步验证结合热射线流速度和静压探针的同时速度和压力测量方法的可靠性。在使用PIV和静态压力探测的结合开发测量方法时，我们尝试使用立体PIV和使用高速摄像头和静态压力探针使用静态压力探测到2011年的实验室中的静电路径，同时使用静态摄像头和静态压力探针同时测量速度和压力。通过静压探针进行激光光，并尝试同时测量，但是通过静压探针测得的压力中波动的大小小于预期值，并且未获得良好的结果。为了进一步提高使用水中的静压探针测量变量压力的准确性，我们创建了一个专门用于水下测量的静压探针的新原型，并开发了一种方法来研究测量系统的动态特征。通过掌握测量系统的动态特性并根据测量压力应用校正，可以预期测量的压力波动，并匹配数值模拟和空气的结果。由于从未有任何使用静态压力探针测量可变压力的例子，因此这是使用静压探针扩大测量方法应用范围的重要成就。