Velocity vector profile measurement using multiple ultrasonic transducers

複数超音波トランスデューサによる速度ベクトル分布計測

大林 寛生  ; 田坂 裕司*; 今 誓志*; 武田 靖*

Obayashi, Hironari; Tasaka, Yuji*; Kon, Seiji*; Takeda, Yasushi*

本論文は流体中の多次元速度ベクトル計測を実現する新たな計測技術を提案するものである。計測システムとしては、複数の超音波トランスデューサを用いた超音波流速分布測定法を採用した。計測時における流路壁面の影響を考慮するため、2次元波動方程式を解くことにより超音波ビームの焦点位置を予測し、システムの最適化を実施した。最適化されたシステムにより円柱後方流れ(非定常流のサンプル)の2次元速度ベクトル計測を実施した結果、実流動場中の2次元速度ベクトル分布計測に成功した。速度ベクトルの時間変動及び渦度分布は、速度変動と円柱後方に発生するウェイクの縦方向の変動を詳細に捉えるものであることがわかった。

This paper proposes a new technique that enables the measurement of the velocity vector in multi-dimensions on a line of the flow field. A system to achieve this goal was developed based on ultrasonic velocity profiling by using multiple transducers. A two-dimensional system was constructed and successfully applied to an actual flow field for two-dimensional velocity vector measurements. To estimate the influence of existence of a wall, acoustic field under the developed system was calculated by solving two-dimensional wave equation and then the focal point of an ultrasonic beam was determined to optimize the system. The system was applied to measure two directional velocity components of a periodic velocity fluctuation in a wake of a cylinder as an example of unsteady flow. Temporal variation of velocity vector profiles well represent the velocity fluctuation, and vorticity distribution, which is obtained from the spatial distribution of velocity vector, well represents vertical motion in the wake.