超高速NMR映像法による瞬間的乱流速度場計測

本年度は、2つの新たな流体計測手法を開発した。第一の手法は、空間的な速度勾配を可視化する手法である。これまで、“位相法"と呼ばれる標準的な手法では、画像再構成によって得られる実数部と虚数部の画像の画素値の比から位相を計算し、速度成分の分布を求めていた。しかしながら、それらの画像の画素値の二乗和の平方根で求められる絶対値画像は、これまで、流体計測には全く用いられていなかった。本研究では、簡単なモデル計算により、絶対値画像に現れる信号の減少が、速度勾配の大きさを反映するものであることを示し、円管内の乱流パフを用いた実験で、そのモデルが正しいことを実証した。この手法は、速度勾配ないし渦度分布を可視化する手法として、今後非常に重要な手法になるものと思われる。第二の手法は、空間標識を用いて乱流運動を可視化する手法である。上にも述べたように、標準的な手法では核磁化の位相分布を求めることにより速度成分の分布を求めていた。この手法では、一枚の画像からは一つの速度成分の分布しか計測できないため、瞬間的流速ベクトルの分布を求めるためには、多重スピンエコ-法などの手法により連続的に複数枚の画像を取得する必要があった。しかし、この手法では、計測時間が比較的長く、画像の処理にも長い時間を要していた。本研究で開発した手法は、櫛状の励起スペクトルをもつ“DANTEパルス"を用いて、流体に格子状の飽和パタ-ンを生成し、そのしばらく後に画像化することにより、その間の流体運動を直接可視化する方法である。この手法では、一枚の画像により流体運動が可視化でき、また画像処理も必要でないため、実用的な乱流に可視化手法として非常に有効であると思われる。

本年度は、2つの新たな流体計測手法を開発した。第一の手法は、空間的な速度勾配を可視化する手法である。これまで、“位相法"と呼ばれる標準的な手法では、画像再構成によって得られる実数部と虚数部の画像の画素値の比から位相を計算し、速度成分の分布を求めていた。しかしながら、それらの画像の画素値の二乗和の平方根で求められる絶対値画像は、これまで、流体計測には全く用いられていなかった。本研究では、簡単なモデル計算により、絶対値画像に現れる信号の減少が、速度勾配の大きさを反映するものであることを示し、円管内の乱流パフを用いた実験で、そのモデルが正しいことを実証した。この手法は、速度勾配ないし渦度分布を可視化する手法として、今後非常に重要な手法になるものと思われる。第二の手法は、空間標識を用いて乱流運動を可視化する手法である。上にも述べたように、標準的な手法では核磁化の位相分布を求めることにより速度成分の分布を求めていた。この手法では、一枚の画像からは一つの速度成分の分布しか計測できないため、瞬間的流速ベクトルの分布を求めるためには、多重スピンエコ-法などの手法により連続的に複数枚の画像を取得する必要があった。しかし、この手法では、計測時間が比較的長く、画像の処理にも長い時間を要していた。本研究で開発した手法は、櫛状の励起スペクトルをもつ“DANTEパルス"を用いて、流体に格子状の飽和パタ-ンを生成し、そのしばらく後に画像化することにより、その間の流体運動を直接可視化する方法である。この手法では、一枚の画像により流体運動が可視化でき、また画像処理も必要でないため、実用的な乱流に可視化手法として非常に有効であると思われる。