3軸方向速度成分の3次元空間分布測定を可能にする粒子画像計測法の開発

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粒子画像計測法(PIV, PTV)は、流速の瞬時空間分布を測定でき、流体の力学的評価に資する実験データを得られる計測手法として幅広く用いられるようになった。しかし、現在市販されている粒子画像計測法では、瞬時速度場の3軸方向成分を3次元空間内で得ることはできない。本研究では、3軸方向速度の3次元分布を測定できる粒子画像計測手法を構築し、その実用性を評価することを目的とする。前年度は、計測手法原理の構築、3次元粒子位置計測システム開発、3軸方向速度の3次元分布算出用相関アルゴリズム開発を実施した。今年度は、これらのシステムを統合し、3次元粒子画像流速計測システムを構築した。また、予備実験を実施し、光学系および相関アルゴリズムに改良を加えた。開発したシステムを層流噴流、液滴周囲流れ、ダクト内乱流に適用し、1)2波長の散乱光強度の比からレーザシート奥行き方向の位置評価が可能であり、その誤差は5%以下であること、2)速度ベクトル算出時の最大計測誤差は相関値と強い相関があり、相関値に基づく過誤ベクトルの除去が可能であること、3)本システムにおける速度の測定誤差は、レーザシート平面内成分に対して5%以下、垂直成分に対して10%以下であること、4)本システムは、界面および循環を伴う沈降液滴周囲の3次元流動を良好に計測できること、5)本システムによりダクト内乱流場の速度測定が可能であり、測定した速度および乱れの分布は、レーザドップラ流速計による計測値と良く一致することを確認した。