光ファイバLIF法による微小スケール物質拡散場の計測と統計法則の解明

前年度に引き続き,微細スケール変動濃度計測システムの開発および関連する実験装置の製作を行った.前年度に開発・購入した計測システムは光ファイバ型LIFマイクロ計測システム〔(株)三弘製;製品名 定点蛍光光強度時間分析測定装置〕である.当初の計画では,光源として半導体レーザー(波長488nm)を使用し,レーザー光を光ファイバで伝送した後,可動式照射光学系によって数μm以下のスケールの検査部に絞り込み,そこで発せられた蛍光を別の可動式測定用集光光学系によってとらえ,再び光ファイバにて伝送した後フォトマルによって検出する予定であったが,開発費用の不足により,今回は受光側光ファイバシステムおよびフォトマル検出系のみ導入し,空間分解能が10μm程度の蛍光検出装置の開発を目指すこととした.まず,半導体レーザービームを直接水路に入射し,乱流噴流拡散場の1定点からの蛍光を受光側の集光光学系によってとらえ,信号のSN比,変動濃度確率密度関数分布,変動濃度パワースペクトル分布など基本的統計量の測定を行った.その結果,本システムによりほぼ正確に瞬時濃度が計測されていることが確認できた.しかしながら,パワースペクトルを見る限り,本研究では目標としている粘性対流小領域や粘性拡散小領域は現れなかった.今後,レーザーを先球状の光ファイバで測定部付近まで伝送することにより,吸光による減衰の影響を取り除くとともに,より高分解能の測定を試みる.また,この新LIF計測システムとLDVによる乱流噴流の濃度・速度同時測定を行う.なお,乱流微細構造と拡散場の関係を数値計算によっても調べ,微小スケール拡散場の構造を考察する.

前年度に引き続き,微細スケール変動濃度計測システムの開発および関連する実験装置の製作を行った.前年度に開発・購入した計測システムは光ファイバ型LIFマイクロ計測システム〔(株)三弘製;製品名 定点蛍光光強度時間分析測定装置〕である.当初の計画では,光源として半導体レーザー(波長488nm)を使用し,レーザー光を光ファイバで伝送した後,可動式照射光学系によって数μm以下のスケールの検査部に絞り込み,そこで発せられた蛍光を別の可動式測定用集光光学系によってとらえ,再び光ファイバにて伝送した後フォトマルによって検出する予定であったが,開発費用の不足により,今回は受光側光ファイバシステムおよびフォトマル検出系のみ導入し,空間分解能が10μm程度の蛍光検出装置の開発を目指すこととした.まず,半導体レーザービームを直接水路に入射し,乱流噴流拡散場の1定点からの蛍光を受光側の集光光学系によってとらえ,信号のSN比,変動濃度確率密度関数分布,変動濃度パワースペクトル分布など基本的統計量の測定を行った.その結果,本システムによりほぼ正確に瞬時濃度が計測されていることが確認できた.しかしながら,パワースペクトルを見る限り,本研究では目標としている粘性対流小領域や粘性拡散小領域は現れなかった.今後,レーザーを先球状の光ファイバで測定部付近まで伝送することにより,吸光による減衰の影響を取り除くとともに,より高分解能の測定を試みる.また,この新LIF計測システムとLDVによる乱流噴流の濃度・速度同時測定を行う.なお,乱流微細構造と拡散場の関係を数値計算によっても調べ,微小スケール拡散場の構造を考察する.