レーザー誘起蛍光法を用いた気泡形状の画像解析

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混相流は時々刻々と変化する界面を持つ流れであるため、定量的な計測が困難であり、流動機構を解明するためには、まだ十分な実験データが得られていない。また、混相流の数値解析は今後の発展が期待されるが、計算コードの検証のための実験データが乏しく、大きな問題となっている。このため、本研究においては、液体中を上昇する気泡の形状を定量的に計測するために、レーザー誘起蛍光法を用いた画像解析システムの試作と検討を行た。本研究では、レーザー誘起蛍法を用いた画像解析システムの試作と検討を以下の様に行った。1.実験ループの制作:計測対象となる混相流実験ループの製作を行なった。本研究においては、計測システムの検証のため、気泡の体積を予め知っておく必要があるため、常に同じ体積の単一気泡が発生できるように工夫する。具体的には、三方弁に空気を流し、弁の流動方向を切り替える。これによって、三方弁の回転部分に空いている空間と同じ体積の気泡を注入することが出来た。気泡体積の変化は、三方弁を変えて行った。2.レーザーシート光学系の設計、制作:レーザー誘起蛍光を平面的に得るための既存のアルゴンイオンレーザーに対応するレーザーシート光学系の設計、製作を行なった。本研究で用いたレーザーシート光学系の仕様は以下のとおりである。3.気泡の可視化と気泡形状の算出,検討: 上記の実験装置およびレーザーシート光学系を用いてロ-ダミンB水溶液中を上昇する気泡を可視化し、ビデオを用いて画像データの収集を行なった。得られた画像データをコンピュータを用いてノイズの除去を行ない、気泡の輪郭検出を行った後、気泡の三次元形状を測定した(図参照)。今回の計測システムでは、ビデオの解像度が低いため(640×480)気泡の周囲に存在する波を得ることは出来なかったが、高解像度のCCDカメラを用いればより有効な手法となると考えられる。