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論文

Correction method of measurement volume effects on time-averaged statistics for laser Doppler velocimetry

和田 裕貴; 古市 紀之*; 辻 義之*

European Journal of Mechanics B, Fluids, 91, p.233 - 243, 2022/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:25.01(Mechanics)

A new correction method of LDV (Laser Doppler Velocimetry) measurement volume effects on the time-averaged velocity statistics is proposed by considering the PDF (Probability Density Function) of streamwise fluctuating velocity and the streamwise cross-sectional area of the measurement volume. It is fundamentally different from the previous method using a laser intensity profile of LDV. We propose a simple equation to correct the measurement volume effects. Using this equation and calculating precisely both the measurement locations and the measurement volume, the correction of measurement volume effects on the time averaged statistics can be performed based on the LDV measurement data. From a comparison with correction method proposed by Durst et al. (1995), the present correction method provides almost same result with Durst method, and then the validity and applicability to higher Reynolds number or lower spatial conditions of two correction methods are confirmed.

論文

Experimental evaluation of wall shear stress in a double contraction nozzle using a water mock-up of a liquid Li target for an intense fusion neutron source

近藤 浩夫*; 金村 卓治*; 朴 昶虎*; 小柳津 誠*; 平川 康; 古川 智弘

Fusion Engineering and Design, 146(Part A), p.285 - 288, 2019/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.65(Nuclear Science & Technology)

核融合中性子源では重陽子ビームターゲットに液体金属リチウムの壁面噴流(Liターゲット)を採用し、Liターゲットは真空中(10$$^{-3}$$Pa)を高速(15m/s)で流れ、重陽子との核反応で中性子を発生させるともにビーム入熱(10MW)を除去する。本研究では、IFMIF/EVEDA工学実証活動で建設した液体リチウム試験ループ(ELTL)の構造健全性評価のため、Liターゲットを生成するノズル内流動場の評価を行った。ターゲットアッセンブリのアクリルモデルおよび作動流体として水を用い、ノズル内の流速分布をレーザードップラー流速計により計測し、せん断応力分布を評価した。結果として、2段縮流ノズルの2段目付近でせん断応力が最大値をとることが明らかになり、この箇所の腐食損傷を調査する必要があることを示した。

論文

A Correction method based on probability density function and measurement volume for turbulence intensity profile measured by LDV in turbulent pipe flow

和田 裕貴; 古市 紀之*; 草野 英祐*; 辻 義之*

Proceedings of 15th International Conference on Flow Dynamics (ICFD 2018) (USB Flash Drive), p.778 - 779, 2018/11

壁乱流における壁面近傍のLDV計測では相対的に測定体積が増大することにより乱流強度が過大評価されることが知られている。本発表では過大評価された測定値から真の乱流強度分布を推定する方法を提案する。円管乱流実験においてLDVでの測定位置を調整することにより相対的な測定体積を変化させて計測した乱流強度分布を用いて本補正法の妥当性について検証する。

論文

光ファイバーボイドプローブによる気泡速度計測へのウェーブレットの適用

大津 巌; 近藤 昌也; 与能本 泰介; 安濃田 良成

日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, Vol.1, p.7 - 8, 2001/00

光ファイバープローブを用いたレーザードップラー流速計は、気泡接触前に気泡界面からの反射波を測定する場合、触針式プローブを用いする手法と較べ、プローブ-気泡間の流体的干渉を避けるうえで有利であると考えられる。この計測法の特性を検討するため、垂直管(内径10mm)の水中で上昇する空気プラグを測定し、13500コマ/秒で撮影したVTR画像で校正した。気泡速度7.76及び18.6cm/sの実験で測定したドップラー信号を周波数の時間的変化を捉えられるウェーブレット変換法で周波数解析した結果、気泡がプローブに接触する直前、ドップラー計測で得た速度が、画像から得た速度に対し急速に低下する時間的特性を明確に捉えられた。真の気泡速度を得るためには、この気液界面にプローブ先端が最接近した時間のデータを排除する必要があることがわかった。

報告書

多次元熱流動解析のポスト処理システムの構築

三宅 康洋*; 中根 茂*; 西村 元彦; 木村 暢之

JNC TN9400 2000-016, 40 Pages, 1999/12

JNC-TN9400-2000-016.pdf:3.71MB

従来、多次元熱流動解析コードを用いた解析結果の可視化については2次元のプロットを各断面毎に日本語ラインプリンタ(NLP)へ出力することで対応していた。しかし、現象を把握するためには非常に多くのプロットを出力する必要があることから、時間と手間がかかり、解析結果を即座に確認することができなかった。また、出力結果は白黒描画であることから、視覚的に現象を把握するのが困難であった。そこで、熱流動現象の可視化ツールとして学術界および工業界で信頼性の高いMicroAVS(参考文献)およびFieldView(参考文献)を導入し、短時間で、かつ効率的に説得力のある解析結果の表示を得ることを目的として、多次元熱流動解析コードから可視化ツールへの物理データの引き渡しを行うポスト処理システムを構築した。その結果、これまで紙面上でしか確認できなかった解析モデル構造および解析結果をパソコン画面上で容易かつ迅速に確認できるようになった。さらに、カラー表示・印刷が可能となり、報告書等に掲載するプロットに品質の高い説得力のある表示(画像)を扱うことができるようになった。また、過渡熱流動現象解析に対して、可視化ツールのアニメーション機能を用いて現象の時間推移を動画で確認できるようになり、過渡現象を視覚的にとらえることが可能となった。

報告書

Thermal striping; an experimental investigation on mixing of jets; Part III Remaining hydrodynamic results from initial experiments

アキラ トーマス トクヒロ; 木村 暢之; 宮越 博幸

JNC TN9400 2000-014, 86 Pages, 1999/06

JNC-TN9400-2000-014.pdf:11.72MB

高速炉のサーマルストライピング現象について熱流動に関する実験シリーズが水流動試験装置を用いて行われた。ここで言うサーマルストライピング現象とは、炉心出口部において、制御棒チャンネルや集合体から流出する温度・速度の異なる噴流が十分に混合せずに炉心上部構造材に衝突することにより構造材に熱疲労を与える現象である。本試験体系は、鉛直噴流を平行に3本配置しており、中心噴流が低温、左右の噴流が高温である。噴流は、矩形ノズルから試験容器中に準2次元形状で吐出している。試験パラメータは、噴流の平均吐出流速(U$$_{o,av}$$)と中心噴流と周辺噴流の吐出温度差($$Delta$$T$$_{hc}$$=T$$_{hot}$$-T$$_{cold}$$)である。流速測定はレーザードップラー流速計(LDV)と超音波流速計(UDV)を用いて行った。本試験は、中心噴流を吐出させた単一噴流条件と3本の矩形噴流を吐出させた三噴流条件で行った。第1報は主にUDV計測結果、第2報は主に温度計測結果をまとめ、これらの結果を踏まえ、本報においてフェーズ1試験のまとめを行った。単一噴流条件における流速測定結果は、噴流出口領域から下流において、LDVとUDVとも既知の試験結果と良い一致を示した。三噴流試験条件において、3つの噴流の吐出速度が等速の場合、噴流が左右に振動することにより対流混合が行われていることが明らかとなった。また、速度変動は、流れに垂直方向において、左右の噴流と中心噴流の間の領域で大きくなっていることがわかった。UDVによる速度変動および温度変動から得られた噴流振動の卓越周波数は、噴流が主に混合する領域(混合領域)でf = 2.25Hz、噴流の混合がほぼ終了した領域では f = 0.7Hzであった。左右の噴流吐出速度が中心噴流吐出速度より大きい場合、混合領域が下流側にシフトし、混合領域の流れ方向長さが短くなっていることがわかった。

論文

周囲と密度の異なる層流気体自由噴流の速度場測定と数値解析

茶木 雅夫*; 大橋 弘忠*; 秋山 守*; 文沢 元雄

日本機械学会論文集,B, 60(569), p.113 - 118, 1994/01

多成分気体流れの流動、拡散特性を知るための基礎的研究として、周囲と密度の異なる層流気体自由噴流の速度場をLDVで測定し、また数値解析をSIMPLEST-ANL法で行った。その結果、噴流の重力による加速は噴流の中心で顕著で、周囲気体との境界付近では小さくなること、半径方向速度の測定より、噴流と周囲気体との境界付近で巻き込み速度が最大となることがわかった。

論文

レーザ流速計による浮力置換流の流量測定に関する研究

文沢 元雄

日本機械学会論文集,B, 59(567), p.3686 - 3693, 1993/11

高温ガス炉スタンドパイプ破断時空気侵入挙動解明の一環として、不安定密度成層間の円筒状接続管において対向する流れの流速を測定する実験を行った。レーザ流速計を用いた測定より、浮力置換流の体積流量を算出する手法を開発した。また半球内自然対流が接続管での置換流挙動に及ぼす影響も調べた。その結果、以下のことが分かった。円筒状接続管では時間的にも空間的に不規則な置換流が生じている。置換する流体の局所流速分布は、レーレー数の増加とともに一山分布から二山分布に変化する。冷却半球内面温度が加熱面温度より低い場合、置換する気体の体積流量は冷却半球内面温度が加熱面温度に等しい場合に比べて低下する。

論文

密度の異なる気体を静止空気中に噴出する層流円形噴流の数値解析,LDV測定と流れの可視化

茶木 雅夫*; 文沢 元雄

可視化情報学会誌, 13(SUPPL.1), p.265 - 268, 1993/07

高温ガス炉の配管破断時に炉内に生じる多成分気体流れの流動特性を把握するため、その基礎的研究として、周囲と密度の異なる気体(主としてアルゴン)が鉛直下向きに噴出する場合の数値解析、LDV測定を行った。その結果、噴流の中心軸上流速が加速されること、噴流周りに発生する渦輪が下流方向に加速されること及び噴流濃度の半値半径が下流方向に最小値を有することが分かった。また、煙トレーサによる可視化観察より、噴流は重力による加速の影響で周囲の空気を巻き込み噴流の半径方向の幅(濃度の半値半径に相当)が小さくなることが明確になった。

論文

Numerical analyses and experiments on laminar gas jets discharged into stagnant gas of different density

茶木 雅夫*; 大橋 弘忠*; 秋山 守*; 文沢 元雄

Proc. of the 2nd ASME/JSME Nuclear Engineering, p.151 - 156, 1993/00

高温ガス炉など気体を内包する原子力熱利用機器の配管破断時に生じる空気浸入により、構造物の酸化が起こる。酸化反応低減のため、周囲と密度の異なる不活性気体を注入することが考えられる。注入口付近の流動状況を調べることは安全評価上必要である。このため、気体噴流の数値解析とレーザ流速計(LDV)による流速測定実験を行った。非定常解析の結果、噴出気体は鉛直方向に空気を押し退けながら上昇し静止空気に衝突して水平方向に移動すること、その際に発生する渦が鉛直方向に加速されることが分った。定常解析及びLDVによる実験より、中心軸上流速が加速されること、流速の半値半径が減少することが確認された。

口頭

先進的核熱連成シミュレーションシステムの開発,6; 検証データ取得のための燃料バンドル内気液二相流測定手法の検討

岡本 薫*; 牧野 泰*; 小野 綾子; 吉田 啓之

no journal, , 

原子力機構で開発中の核熱カップリングコードにおいて、詳細熱流動解析コード(JUPITERあるいはTPFIT)の適用が予定されており、燃料集合体内の気液二相流特性に係る妥当性確認用データが必要とされている。これら詳細解析コードは、燃料集合体の構成流路であるサブチャンネル内スケールの熱流動現象を対象とするため、サブチャンネル内の詳細な気液二相挙動(ボイド率,液相速度など)に関する測定データや実験的知見を必要とする。本報告では、水-空気系(常温常圧)の分散性気泡流を非接触で計測するために、一般的に連続相の流速測定に用いられるレーザドップラー流速計(LDV)を適用し、局所の液相流速及びボイド率の計測を試みた。特に、気相と液相の測定信号を区別するため、蛍光粒子を用いた液相速度測定、気相/液相の各信号特性の相違に基づく判別方法等を検討した。

口頭

LDVを用いた空間音場測定による高放射線環境下での機器異常診断技術の開発

村田 篤*; 猿田 晃一; 涌井 隆; Li, Y.*; 二川 正敏; 大島 良太*; 古河 裕彦*

no journal, , 

高放射線環境における異常診断法として、光音場計測技術の適用性を検討するために、レーザードップラー振動計(LDV)による音場測定を行った。LDV検出値の光路長依存性や音源周波数依存性などの実験結果と音場の数値解析結果に基づき、異常診断へ適用するときに重要となるLDV検出特性について述べる。

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