フォトブリーチングを用いたMolecular Tagging流速計測法の開発

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混相流の微細的現象解明のためには、流動状態を乱さない計測手法が不可欠である。単相流の非接触速度測定法の多くは、測定のために流れ場に散乱粒子を添加するが、二相流では散乱粒子が流動状態に与える影響を無視できない。そこで、本研究では、混相流の微細構造、時間変動特性などの微小スケールでの現象解明を可能とするために、フォトブリーチング反応を応用したMolecular Tagging流速測定法の確立を目的とする。まず、計測原理の確認を行うため、Ar-ionレーザを光源とした計測システムを構築した。本計測システムを用いて、蛍光色素(フルオロセインソデュウムソルト)を混入した静止水中で、レーザビーム強度、照射時間とフォトブリーチング反応率の関係を調べた。その結果、レーザビーム強度(光束密度)および照射時間の増加とともに反応率は増加することが確認できた。次に、液体の速度を多次元で測定するために、フォトブリーチング反応を起こした液塊を追跡する画像解析用ソフトウエアを開発した。本解析ソフトは、2時刻の画像から(1)重心位置の移動、(2)相互相関により速度を求められる。以上の計測システムを実際の流動場に適用し、その性能を評価した。その結果、以下の結果を得た。1)本手法を液単相流に適用し、液流の速度をPTVと同程度に精度良く測定できることを確認した。2)本手法を、界面を含む流れ場に適用し、良好な計測結果が得られた。従って、本手法により、従来の散乱粒子を用いる手法で問題となってきた界面への散乱粒子の堆積を回避し、より精度の高い計測が可能である。