- 研究の背景
航空機、船舶、自動車などの輸送手段の新設計と最適化のプロセスでは、超音速を超える非定常流れの現象を研究する必要があります。せん断層、渦、衝撃波の相互作用により、非定常流れの現象は通常非常に複雑であり、従来の2D2C二次元平面測定技術では、複雑な流れ場の変化規則と構造特性を十分に理解することはできません。
2.技術紹介
Tomo-PIV 技術は、従来の PIV 技術と再構成技術を組み合わせたもので、乗法代数法に基づいて、隣接する 2 つの時点で再構成された粒子分布に対して 3 次元相互相関計算を実行し、3 次元空間流れ場の全フィールド速度測定を実現します。
3.実験
気液相変化による熱の放出または吸収により、二相流の温度と圧力が影響を受けます。したがって、気液二相流は典型的な非定常流動現象です。気液二相流の研究は、複雑な流動現象を理解するのに役立ちます。
4.設備とプロセス
装置
Tomo-PIV 実験装置セットは、通常、高エネルギーレーザー、ボリュームレンズグループ、4 台の Revealer PIV デュアルフレーム高速カメラ、同期コントローラ、ステレオキャリブレーションボード、RFlow 3D3C ソフトウェアなどで構成されます。
プロセス
最初のステップ --高エネルギー体積レーザー照明システムを構築し、体積レンズ群を利用して高エネルギーレーザーから放射されるレーザービームを体積光源に拡大し、測定対象となる3次元空間内のトレーサー粒子を照射します。
第二段階 --レイヤー分解画像取得システムをセットアップします。下の図に示すように、4 台の高速カメラを使用して、さまざまな角度から領域をターゲットにします。粒子画像が鮮明になるまで焦点を合わせます。4 台の高速カメラはすべて同期コントローラに接続されており、同じタイミング シーケンスで同時に画像をキャプチャします。
第三ステップ -- レイヤー分解画像取得システムを校正します。複数のカメラで複数セットの校正ボード画像をキャプチャすることにより、オブジェクトと画像空間の投影モデルが校正されます。Tomo-PIV の測定精度を向上させるために、下図に示すように、粒子画像に対してステレオ自己校正が実行されます。
第4ステップ -- マルチビュー画像再構成に RFlow ソフトウェアを使用し、レイヤー分解画像取得システムが異なる瞬間の粒子画像をキャプチャします。これらの画像の 1 セットを入力し、MART 法を使用して 3 次元粒子を再構成し、下図に示すように、特定の瞬間の 3 次元空間粒子分布を取得します。
第5ステップ -- 3 次元速度場と渦構造のその後の解析には RFlow ソフトウェアを使用します。
5.結果
Tomo-PIV画像取得システム:高速カメラ1が気液二相流の画像を撮影します。
気泡周囲の3次元流れ場。
気泡周囲の速度等値面の分布。
Q基準を使用して計算された気泡の周りの渦構造。
- 応用の見通し
Tomo-PIV 再構成技術は、高度な光学測定技術として、乱流や多重渦干渉などの 3 次元の非定常な複雑な流れ場を測定するための効果的なツールです。Revealer Tomo-PIV システムは、高い時空間解像度と正確な再構成を特徴としており、航空力学、流体力学、および航空宇宙、造船工学、自動車工学のその他の研究分野に適しています。この技術は、エンジニアが設計パフォーマンスを継続的に向上させるのに役立ちます。