三次元温度速度同時計測のための感温粒子の特性評価

本研究は、流体中の速度と温度を三次元的に同時に計測することが可能な新たな計測手法を開発すべく、その計測手法の基礎となる感温粒子を試作し、その感温特性を評価することを目的とした。流体中の速度を三次元的に計測する方法としては、本研究者らが開発した三次元画像処理流速計(3-D PTV)という手法がある。この手法は、流体中に浮遊させた粒子の位置を複数台のカメラによって計測し、それらを時々刻々追跡することによって速度を計測するという手法で、すでにその計測原理及びその計測精度に対して十分な吟味がなされており、種々の流れ場の計測において大きな成果を上げている。一方、多点温度計測手法としては、レーザー励起蛍光法(LIF)という手法があり、レーザースリット光の当った断面内の二次元温度分布を計測することが可能である。しかし、流体中の温度を三次元的に計測する方法は未だに開発されておらず、流体中の熱輸送の詳細を解明するには、三次元的に速度と温度を同時に計測する手法の開発が待たれている。そこで本研究では、三次元画像処理流速計のトレーサー粒子に、蛍光染料を封入することで、温度計測能を持たせ、三次元温度速度同時計測を可能とするための基礎技術を確立した。本研究では、蛍光染料であるロ-ダミンBを可溶性でんぷんに物理吸着させることで、ポリスチレンの皮膜の内部に封入した[(W/O)/W]型のエマルジョンを調整することによって、蛍光性を失わず温度計測能を有するトレーサー粒子を試作することに成功した。さらに、試作した粒子に対し励起光としてレーザー光を照射し、各温度における蛍光強度を測定し、蛍光強度の温度依存性を明らかにした。

本研究は、流体中の速度と温度を三次元的に同時に計測することが可能な新たな計測手法を開発すべく、その計測手法の基礎となる感温粒子を試作し、その感温特性を評価することを目的とした。流体中の速度を三次元的に計測する方法としては、本研究者らが開発した三次元画像処理流速計(3-D PTV)という手法がある。この手法は、流体中に浮遊させた粒子の位置を複数台のカメラによって計測し、それらを時々刻々追跡することによって速度を計測するという手法で、すでにその計測原理及びその計測精度に対して十分な吟味がなされており、種々の流れ場の計測において大きな成果を上げている。一方、多点温度計測手法としては、レーザー励起蛍光法(LIF)という手法があり、レーザースリット光の当った断面内の二次元温度分布を計測することが可能である。しかし、流体中の温度を三次元的に計測する方法は未だに開発されておらず、流体中の熱輸送の詳細を解明するには、三次元的に速度と温度を同時に計測する手法の開発が待たれている。そこで本研究では、三次元画像処理流速計のトレーサー粒子に、蛍光染料を封入することで、温度計測能を持たせ、三次元温度速度同時計測を可能とするための基礎技術を確立した。本研究では、蛍光染料であるロ-ダミンBを可溶性でんぷんに物理吸着させることで、ポリスチレンの皮膜の内部に封入した[(W/O)/W]型のエマルジョンを調整することによって、蛍光性を失わず温度計測能を有するトレーサー粒子を試作することに成功した。さらに、試作した粒子に対し励起光としてレーザー光を照射し、各温度における蛍光強度を測定し、蛍光強度の温度依存性を明らかにした。