超音波による気泡流動解析手法の開発と微小気泡流れによる摩擦損失低減効果の解明

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超音波パルサレシーバを新たに導入し,高速デジタイザを用いた混相流動解析システムの一部を構築した.パルサレシーバによって送受信された超音波信号は流体中の微粒子または気泡によって反射し,高速デジタイザによってサンプリングされる.一定数の波形をオンボードメモリに蓄積後PCに転送され,波形解析することで測定線上の瞬時速度分布を取得可能とした.取得した波形および算出速度はオンタイムにPC上で確認可能とし,更に取得データの精度向上のためフィルタ処理などのアルゴリズムを導入可能としている.速度解析アルゴリズムには相関法,およびドップラ法を選択的に用いるシステムとした.相関法では,二つの超音波パルスによって瞬時速度が得られるため1ミリ秒オーダの高時間分可能を有する.一方ドップラ法では,連続した32〜128の超音波パルスからドップラ周波数を算出するため,比較的ノイズに強いといった特徴を有する.これらを適切に選択することで流れ場特性に応じて速度算出アルゴリズムを選択可能としている.更に,速度が急峻に変化する乱流場での精度向上を目指し,ドップラ解析手法に従来のFFTに加えウェーブレット解析の導入を検討し,乱流場での精度向上を目指している.これらシステムの有効性評価のため,幅50mm,高さ25mm,長さ3000mmのアクリル製水平矩形流路を製作した.流路入口には直径1mmの気泡注入口3個を上部に設置し,上部噴出し気泡による気液二相流を発生可能としている.本試験装置では開発したシステムと比較計測を行うため,既存のレーザドップラ流速計による液相速度分布計測,ならびにハイスピードカメラによる気泡流動挙動計測が可能であり,次年度に計測を行う予定である.