新型流跡線流速測定法(PSV)による地中熱ヒートポンプシステムの高精度熱量評価

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本研究は地中熱ヒートポンプシステムの熱量評価技術への応用を念頭に，PSVと呼ばれる流体計測法の速度ダイナミックレンジや取得可能な速度ベクトル密度を改善する一連の計画に基づいている．本年度においては，コード化されたストリークを用いるPSVについて速度ダイナミックレンジや取得可能なベクトル数などを理論的および数値的な側面から評価する手法を開発した．まず理論的な側面からは，一様流における半導体レーザーの発光タイミングとコード化されたストリーク形状との関係を定式化し，形状に欠損のないストリーク数を最大化するための基本的な条件を明らかにした．一方，非一様流においては定式化された条件はすべての流れ場に共通な基準を与えないことから，数値流体解析とレイトレーシング法に基づく2次元ストリークシミュレーション技術を開発し，定式化された基準に基づいて最適照明時間を同定する手法を確立した．照明時間を最適化することによって，カルマン渦やランキン渦などの2次元流れにおいて取得可能なベクトル数が改善されることを確認し，約0.001 (vectors/pixel)のベクトル密度が達成された．このベクトル密度は標準的なPIVと同程度であり，コード化されたストリークが潜在的に1つのストリークから2つ以上のベクトルを取得できることからも，さらなるベクトル密度の改善可能性が示唆された．さらに，同シミュレーション技術をストリーク形状に影響を与える破壊因子の分析にも応用し，新たに5つに分類された破壊因子についてそれらの抑制に関わるいくつかの重要なパラメータを特定した．また，ストリークの端点を検出する従来の解析法と重心を検出する解析法を理論的に比較した結果，重心解析法では粒子像径の影響がキャンセルされることが明らかになり，速度ダイナミックレンジが2倍程度改善されることを示した．本成果はPSFVIP国際会議で発表した．