遺伝的アルゴリズムを用いた3次元粒子画像流速測定法とそれによる帯電液体の乱流測定

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本研究は,3次元の流速ベクトルを比較的高速に測定できる新しい粒子追跡(PIV:Particle Image Velocimetry)技術を開発して,さらに実用化のための評価を行うと同時に電気流体力学現象で取り扱われる帯電液体流の測定を実施することを目的に研究開発を行ったものである。以下に研究の実施計画に従って成果を整理する。1.3次元粒子画像流速測定ソフトウェアの開発 本研究で提案しているPIVは,流れ場に混入したトレーサ粒子を対象にして,遺伝的アルゴリズムの最適化処理により各粒子の時間的および空間的な対応付けを実施して,個々のトレーサ粒子の速度ベクトルを測定する粒子画像流速測定法である。この画像計測ソフトウェアの開発は完了した。2.コンピュータシミュレーションによる検討 本研究では,本手法の測定限界を検討するために,コンピュータ上に仮想した流れ場に対するシミュレーションを実施した。その結果,本手法は3次元PIVとして十分な性能を有することが明らかになった。3.粒子画像の3次元位置計測方法 実際に3次元測定を実現するためには,何らかの手段でトレーサ粒子の3次元位置を計測する必要がある。本研究では,複数のカメラにより撮影した2次元画像からソフトウェア的にトレーサ粒子の3次元位置が計測できることを見いだした。4.帯電液体の3次元乱流測定実験 本研究では,帯電液体の乱流場を対象にして本手法により3次元速度ベクトル分布の非接触測定を実施した。その結果,トレーサ粒子自身の帯電による流れ場への擾乱を防ぐなどの可視化技術の改善点があるものの,3次元の流速ベクトル分布が測定可能であることの知見を得た。今後の展開としては,本手法が3次元流速測定において発展性の高い手法であることから,実用化に向けて技術の発展を目指すとともに,帯電液体流に関して多くの知見を得るために応用研究を進めたいと考えている。