トレーサ粒子間相互作用を考慮したカルマンフィルタ型流速推定法の研究

考虑示踪粒子间相互作用的卡尔曼滤波式流速估算方法研究

• 批准号: 08750180
• 负责人: 小河原 加久治
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750180/
• 关键词: PIV; カルマンフィルタ; グリッドレス法; 最小二乗推定法; 多相流

従来の画像処理流速計は被観測粒子が相互に干渉しないことを前提としていたため、粒子密度が高い場合や粒子が個体壁近傍を流れている場合などには十分な精度が得られない可能性がある。つまり、粒子間距離が小さく粒子群がそれ自体で可塑性のある一つの物体のような状態で主流中を流されている場合には、各粒子まわりの流体速度はもはや主流速度であり得なくなる。これまでの筆者らの手法は単一のトレーサーまわりの流速をラグランジュ的に推定し、それをオイラー座標系に統計的置き換える一般のPTVと同様の手法で速度場を求めている。しかし、これでは粒子の相互作用までは考慮できない。本研究の目的は、オイラー座標系での速度を仮定して粒子群の動きを暫定予測値として計算し、実際に計測された粒子群の観測データから正確な速度場を推定する手法を見いだすことである。粒子間相互作用の評価に関しては、汎用流れ解析ソフトであるフェニックスへのプリプロセッサを開発し、任意形状の複数物体周りの流れを容易に解析できるようにした。しかし、構造格子を使ったポロシティーメディア法であるため高精度の物体抵抗解析などには問題があることが分かった。よって、複数の粒子と流体を同時に扱うのに適した解法を開発することとした。カルマンフィルタ型流速推定法は、観測される粒子位置とシステム方程式から計算される暫定予測値との誤差が最小になるように流速を推定する手法である。また、グリッドレス法に代表される格子生成を必要としない流れの計算手法はナビエストークス方程式を解く際に必要な物理量の空間微係数を最小二乗法で評価する手法である。この手法を使えばオイラー座標系の物理量と、ラグラジアン座標系の物理量を同様に扱うことができるため、複数の粒子と流体の相互作用が統一的に扱える。そこで本年度は圧縮性流れの解法として提案されているグリッドレス法を非圧縮解法に拡張し、高次の風上化により高精度化する手法を開発した。さらに、本手法の有効性を確かめるために観測誤差を含んだ多数の観測粒子から流速を推定する数値実験を行った。また、ラグラジアン粒子による確率拡散モデルを併用し、化学反応を伴う圧縮性流れ解析にも本手法が有効であることを示した。

The flow velocity meter of the incoming image processing has the possibility that the particles to be measured will interfere with each other when the particle density is high and the particles will flow near the individual wall when the accuracy is high. The distance between particles is small. The particle population is self-plastic. The state of the object is the main flow. The fluid velocity of each particle is opposite to the main flow velocity. The author's method is to calculate the velocity field of the flow field in a single coordinate system, and to calculate the velocity field in a single coordinate system. The interaction of particles is considered. The purpose of this study is to determine the velocity of particle swarm in the coordinate system, to calculate the provisional velocity of particle swarm, and to estimate the correct velocity field of particle swarm in the actual measurement. The evaluation of particle interaction is related to the analysis of flow in general, and the analysis of flow in a plurality of objects of arbitrary shape is easy. The structure of the lattice is to make the object resistant to high precision analysis. The solution to the problem of multiple particles and fluids A method for estimating the flow velocity of a particle is described in detail below. The method of least squares is used to evaluate the spatial differential coefficients of physical quantities necessary for the solution of equations. This method makes the physical quantities of the coordinate system uniform, and the interactions of the particles and fluids uniform. This year, the solution of compression flow is proposed, and the method of non-compression solution is developed, and the method of high precision is developed. This method is accurate and accurate, and the measurement error includes most of the measured particles and the estimated flow rate. The method of chemical reaction and compression analysis has been developed.

项目成果

小河原加久治・長谷部恵・飯田誠一: "ラグラジアン粒子情報を用いた流れ推定法" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 190-191 (1996)

Kakuji Okawara、Megumi Hasebe 和 Seiichi Iida：“使用拉格勒粒子信息的流量估计方法”第 10 届计算流体动力学研讨会论文集 190-191（1996）。