圧縮性流体における3次元密度計測法の精度向上に関する研究

提高可压缩流体三维密度测量方法精度的研究

• 批准号: 21K04098
• 负责人: 稲毛 達朗
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Shonan Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04098/
• 关键词: 圧縮性流体; 可視化計測; 衝撃波; 画像処理

超音速で移動するロケットや旅客機などにはソニックブームに代表されるような「環境問題」や「空気力学的な問題」があり，それらの原因のひとつである３次元的な衝撃波現象の解明が必要である．また，近年では医療への応用も行われており．体外衝撃波治療がおこなわれている．しかしながら，高速で移動する流体中に生じる衝撃波を３次元的かつ定量的に計測することは難しいのが現状である．そこで本研究では，３次元的な定量密度計測を実現することができる，背景設置型シュリーレン（Background Oriented Schlieren，BOS）法に着目し，BOS法を用いた可視化計測に適した光源の波長を解明することを目的とする．本実験において，無隔膜駆動部をもつ衝撃波管を使用しており，初期条件を揃えることで再現性の高い実験を行うことができている．そして，赤色 (中心波長 620nm)，緑色 (中心波長 520nm)，青色 (中心波長 450nm)による光源波長の違いから生じるBOS法による計測結果より背景画像の歪み量を定量的に比較した．今回の実験結果として，青色光源を用いた気配系の歪み量が他の光源を用いた背景の歪み量より大きく計測された．しかしながら，赤色と 緑色光源では変化が見られなかった．これは画像の解像度が 512×384ピクセルと小さく，BOS計測における画像処理において 有意差を計測することができていないと考えられる ．そこで，今後の研究として一眼レフカメラを用いて4928×3264ピクセルの画像で比較し，今回の結果より空間分解能を 10倍程度向上させた計測を実現する．そして，光源波長と計測精度の関係を明らかにしていく．研究実績として日本機械学会山梨講演会2022にて研究発表を行った．

火箭弹和乘客飞机以超音速速度移动具有“环境问题”和“空气动力学问题”，例如声音繁荣，有必要澄清三维冲击波现象，这是其中之一。近年来，它也已应用于医疗应用。正在进行体外冲击波处理。但是，目前很难以三维和定量的方式测量在高速移动流体中产生的冲击波。因此，这项研究的重点是面向背景的Schlieren（BOS）方法，该方法可以实现三维定量密度测量，并旨在阐明适合使用BOS方法可视化测量的光源的波长。在此实验中，使用了带有非射频驱动部分的冲击波管，并且通过与初始条件相匹配，可以进行高度可重现的实验。我们使用BOS方法测量结果定量比较了背景图像中的失真量，这些测量结果是由红色（中心波长：620nm），绿色（中心波长：520nm）和蓝色（中心波长：450nm）的光源波长差异产生的。由于该实验，使用其他光源测量了使用蓝光源的发生率系统中的失真量大于背景中的失真量。但是，在红色和绿光源之间未观察到任何变化。这被认为是因为图像分辨率在512 x 384像素时很小，并且在BOS测量中无法在图像处理中测量显着差异。因此，作为一项未来的研究，我们将使用SLR摄像机与4928 x 3264像素进行比较，并以比当前结果高约10倍的空间分辨率实现测量值。光源波长与测量精度之间的关系将被阐明。作为一项研究成就，在日本机械工程师协会的2022年山内西讲座上进行了研究演讲。

项目成果

BOS 法を用いた衝撃波現象における光源評価

使用 BOS 方法评估冲击波现象中的光源

• 发表时间: 2022
• 作者: Takagi;M. Sakamoto;T. Ishihara;K. Okita;S. Yabukami,M. Yamaguchi;and K.Chatani;山口雅春，廣瀬祐介，宇田川真介，山岸雅人，太田匡則，北洞貴也，稲毛達朗
• 通讯作者: 山口雅春，廣瀬祐介，宇田川真介，山岸雅人，太田匡則，北洞貴也，稲毛達朗