画像解析法による粒子濃度計測と混合気形成過程解析への適用

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各種燃焼装置での高効率・低公害に対する貢献は燃焼機器内での可燃混合気の形成過程の最適制御が課題であり、加えて噴霧燃焼場の解析に不足している情報としても時系列的な混合気形成が要求されている。これら混合気形成過程情報の把握には可視化法が最適であるが、絶対値評価法が未解決のために実機での解析にはさらに基礎研究が必要とされている。本研究ではArおよびHeーNeレ-ザを光源とするレ-ザシ-ト法により噴霧の任意断面を可視化し、画像解析法により局所の空間粒子密度を定量化した。即ち、CT画像解析法、レ-ザ-回折式時系列粒度分布測定器、位相検出型LDV(PLDV)の活用により粒子数、粒子径、粒子速度の時系列測定を同時測定し、画像解析法による粒子空間密度の評価法を確立することを目的とした。以下に成果をまとめる。1.レ-ザシ-ト法による流動噴霧の可視化と粒子濃度の測定法:混合気形成の時系列測定及び非燃焼・高圧流動場測定で混合気形成過程を可視化するための2波長レ-ザシ-ト法を確立した。これによって任意断面の情報を任意時間に得ることが可能となった。2.粒子濃度の定量化:(1)画像解析装置、(2)レ-ザ-回折法、(3)PLDV法により定常噴霧状態における粒子濃度の定量化法の比較検討行った。平均的濃度の測定は可能であるが局所濃度の定量化は困難である。3.高圧流動場における混合気形成の可視化:上記基礎実験を踏まえてエンジン内を模擬する高圧流動場における定常・非定常噴霧の混合気形成過程の時系列特性の可視化法に着手した。高解像度CCDカメラにより高速現象の可視化画像をVTRに一旦収録後、フレ-ムスキャンコンバタを介してコンピュ-タに転送する手法を開発した。