温度成層流の乱流構造と熱移動現象の画像処理を用いたラグランジュ計測による解明

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では,高温流体と低温流体の乱流混合を対象に,乱流熱伝達を扱う上で最も重要な界面近傍における混合問題に着目し,静水中に噴出される高温の噴流の乱流混合を取り上げた.温度差によって生ずる浮力が外力として乱流運動量移動に及ぼす影響を詳細に調べるために,流体塊の平均速度と同期して測定系を移動しラグランジュ的な乱流混合の測定を可能とするための測定装置の製作を行った.速度場の計測にはディジタル画像処理により高速化した粒子追跡法を用いた.2台のカメラを用い,2方向から粒子画像を記録し界面における粒子の挙動を3次元的に捉える.カメラを載せた測定台を流れと平行に移動し,測定台移動用のACサーボモータからのパルス信号によりカウントをするバ-コードを画面上にスーパーインポーズし,測定台の座標と移動速度を粒子画像と共にVTRに記録する.VTRに記録された画像から同時刻の2方向の画像を,バ-コードにより判定して時系列でコンピュータのメモリ上に呼び出し,連続した2時刻又は3時刻の画像から粒子追跡法により速度場を計測した.2台のカメラは,流路に対して垂直からややオフセットして配置するため,空気と水との屈折率の違いによる画像の歪みを幾何学的に取り除いた.この装置を用いて,噴流界面の乱流混合の測定を行い,3次元の平均速度場を明らかにした.さらに,詳細な機構を解明するための速度変動成分の測定を行う上で,いくつかの解決しなくてはならない問題点が明らかになった.(1)測定台の振動が測定精度に与える影響の見積もり(2)散乱粒子の画面内の数の最適化による解像度の向上これらの問題点への対策をおこなうことにより,より詳細な乱流混合機構を明らかにする.