フォトクロミック・ダイとUVレーザを用いた熱流体場の定量的可視化と画像処理

使用光致变色染料和紫外激光对热流体场进行定量可视化和图像处理

• 批准号: 06750199
• 负责人: 鈴木 祐二
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750199/
• 关键词: フォトクロミック・ダイ; 流れの可視化; 画像処理; 紫外線レーザー; 表面張力

気液界面での液体の温度および濃度勾配による表面張力変化は表面の流れ場に大きな影響を与え、マランゴニ対流を引き起こす。しかし、その表面張力変化は非常に微小であり、表面張力自身の測定は困難である。そこで、本研究では、定性的な流れの可視化とともに、流速・温度分布などと言った定量的なものについても非接触に測定可能なフォトクロミック染料活性化法という方法を用い、表面近傍の流れ場を可能化し、得られた表面近傍の速度分布をもとに表面速度勾配を求め、せん断力と表面張力の釣り合いの式から、表面張力の変化率を求めることを試みた。本研究で取り扱う流れ場は、壁面を加熱・冷却した、自由表面を持つ2次元キャビティ流れとし、作動流体としてケロシンを使用した。染料には、紫外線の照射により励起され発色し、さらに発色後、分子の熱運動により自然消色し、元の状態に戻る、スピロピラン系染料を用いた。光学系には、UV(紫外線)パルス・レーザ(窒素レーザーおよびXeClエキシマレーザー)を染料の励起に使用し、それによって形成された発色ラインを、高解像度の3CCDカメラにより撮影された画像データを画像処理することによってトレースすることにより、自由表面付近の速度測定を行い、表面張力変化を求めた。その結果、流体中に存在する汚染物質によるわずかな表面張力変化によっても自由表面の流れがせき止められ、流れ場に非常に大きな影響を与えることが判明した。なお、このフォトクロミック染料活性化法は、レーザーにより励起され発色し、一定時間後に消色する非接触な速度計測法であり、流れ場に与える影響が少ないという利点があり、今後とも非常に有益な計測方法であることも付け加えておく。

The temperature and concentration of the liquid at the interface of the gas and the surface tension change affect the flow field at the surface. The surface tension is very small and difficult to measure. In this study, qualitative flow field visualization, velocity distribution, quantitative measurement, non-contact measurement, dye activation method, application, surface near-flow field possibility, velocity distribution near the surface, surface velocity matching, surface tension matching, and surface tension equation were obtained. The surface tension changes the rate of change. In this study, the flow field, wall heating, cooling, free surface maintenance, two-dimensional flow, actuation fluid and use are selected. Dye, UV irradiation, excitation, color development, molecular thermal motion, natural color reduction, elemental state, color reduction, dye system The optical system is composed of three parts, namely, ultraviolet (UV), and ultraviolet (UV). As a result, the presence of contaminants in the fluid can be identified by surface tension variation, flow field variation, and other factors. The dye activation method is a non-contact velocity measurement method after a certain period of time. The flow field has a small influence on the dye activation method. The measurement method is very useful in the future.