JP4349385B2 - 粒子追跡法を用いた流場計測方法 - Google Patents
粒子追跡法を用いた流場計測方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4349385B2 JP4349385B2 JP2006177335A JP2006177335A JP4349385B2 JP 4349385 B2 JP4349385 B2 JP 4349385B2 JP 2006177335 A JP2006177335 A JP 2006177335A JP 2006177335 A JP2006177335 A JP 2006177335A JP 4349385 B2 JP4349385 B2 JP 4349385B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reference plane
- velocity vector
- flow field
- velocity
- dimensional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Description
[U](t1)={[A](t2)−[A](t1)}/Δt
=((x2−x1)/Δt,(y2−y1)/Δt,(z2−z1)/Δt)
ところで、本実施形態における流場は撹拌翼2の回転軸3を中心とする流動を生じるから、回転軸3を中心とする撹拌翼2の回転方向におけるどの位置であっても、回転軸3を含む断面に対する速度ベクトルは等価に扱うことができる。つまり、回転軸3を中心として回転方向のどの位置においても幾何学的には同一であると言える。そこで、回転方向の位置成分を除去しやすいように、トレーサ粒子の3次元位置を直交座標系から円筒座標系に変換する。この変換を容易にするために、直交座標系における原点の位置は回転軸3の上に設定しているものとする。
[dU]b=[U([X+ΔX])]b−[U([X])]b=grad[U]b・[dX]
上述のように、grad[U]bは速度勾配テンソルであって、テンソルの性質から対称成分と非対称成分の和として表すことができる。すなわち、grad[U]b=[L]とおけば、次式が成立するから、次式の第1項と第2項とをそれぞれ[D],[W]おけば、[D]は速度勾配テンソル[L]の対称テンソル(「伸長テンソル」または「変形速度テンソル」という)、[W]は速度勾配テンソル[L]の非対称テンソル(「渦度テンソル」または「スピンテンソル」という)になる。
[L]=(1/2)([L]+[L]T)+(1/2)([L]−[L]T)
[D]=(1/2)([L]+[L]T)
[W]=(1/2)([L]−[L]T)
具体的には、伸長テンソル[D]、渦度テンソル[W]は数3のように表される。
[dU]b=([D1]+[D2]+[W])・[dX]
上式はスカラー積であるから、展開することができ、次式が得られる。
[dU]b=[D1]・[dX]+[D2]・[dX]+[W]・[dX]
ここで、[D2]・[dX]=[dU2]bとおけば、[dU2]bがせん断ひずみ速度になる。したがって、せん断ひずみ速度[dU2]bを算出するには、数4に示したせん断変形速度テンソル[D2]の成分を演算する必要がある。ただし、トレーサ粒子により計測されるデータは基準平面PLに配置した速度ベクトルの原データであるから、数4の演算に原データを用いるための工夫が必要になる。
(∂f/∂x)i={f(i+1,j,k)−f(i−1,j,k)}/2Δx
ただし、Δxはx軸方向における単位格子の格子定数であって、Δx=(i+1)−i=i−(i−1)=……=1である。同様にして、∂f/∂y、∂f/∂zは、それぞれ次式で求めることができる。
(∂f/∂y)j={f(i,j+1,k)−f(i,j−1,k)}/2Δy
(∂f/∂z)k={f(i,j,k+1)−f(i,j,k−1)}/2Δz
求めた4個の速度ベクトルを上式に適用すれば、以下の演算によりxに関する偏微分の値とzに関する偏微分の値とを求めることができる。
∂[U]i+0.5,j,k+0.5/∂x={[U]i+1,j,k+0.5−[U]i,j,k+0.5}/2Δx
∂[U]i+0.5,j,k+0.5/∂z={[U]i+0.5,j,k+1−[U]i+0.5,j,k}/2Δz
基準平面PLの上の速度ベクトルの原データの間の距離は等間隔とは限らないから、実際にはΔx、Δzは原データの位置によって異なるが、後述するように補間演算を行うことによりΔx=Δz=1として演算することができる。
[U]i,j,k+0.5=([U]i,j,k+1+[U]i,j,k)/2
[U]i+1,j,k+0.5=([U]i+1,j,k+1+[U]i+1,j,k)/2
[U]i+0.5,j,k=([U]i+1,j,k+[U]i,j,k)/2
[U]i+0.5,j,k+1=([U]i+1,j,k+1+[U]i,j,k+1)/2
それゆえ、次式が成立する。
∂[U]i+0.5,j,k+0.5/∂x={([U]i+1,j,k+1+[U]i+1,j,k)/2−([U]i,j,k+1+[U]i,j,k)/2}/2Δx
∂[U]i+0.5,j,k+0.5/∂z={([U]i+1,j,k+1+[U]i,j,k+1)/2−([U]i+1,j,k+[U]i,j,k)/2}/2Δz
∂ui+0.5,j,k+0.5/∂x={(ui+1,j,k+1+ui+1,j,k)/2−(ui,j,k+1+ui,j,k)/2}/2Δx
同様にして、着目位置の座標(i+0.5,j,k+0.5)におけるzに関する微分値∂ui+0.5,j,k+0.5/∂zは、次式で表される。
∂ui+0.5,j,k+0.5/∂z={(ui+1,j,k+1+ui,j,k+1)/2−(ui+1,j,k+ui,j,k)/2}/2Δz
以上の説明から明らかなように、数4のうちxに関する偏微分の値と、zに関する偏微分の値とは、基準平面PLの上の速度ベクトルの原データにより求めることができる。yに関する偏微分の値についても、x,zに関する偏微分の値と同様に、1次元有限差分法のうちの中心差分法で求めた差分で代用する。つまり、次式を用いる。
∂[U]i+0.5,j,k+0.5/∂y={[U]i+0.5,j+0.5,k+0.5−[U]i+0.5,j−0.5,k+0.5}/2Δy
ただし、Δy=1とする。
[U]i,j,k+0.5=([U]i,j,k+[U]i,j,k+1)/2
[U]i+1,j,k+0.5=([U]i+1,j,k+[U]i+1,j,k+1)/2
[U]q=[{(Q−(i+0.5)+(i+0.5)−i)}/{(i+1)−i}][U]i+1,j,k+0.5+[{(i+1)−(i+0.5)−(Q−(i+0.5)}/{(i+1)−i}][U]i,j,k+0.5
={(Q−i)[U]i+1,j,k+0.5+((i+1)−Q)[U]i,j,k+0.5}
={(Q−i)([U]i+1,j,k+[U]i+1,j,k+1)+((i+1)−Q)([U]i,j,k+[U]i,j,k+1)}/2
ここに、距離Qは次式で表される。
Q=[(i+0.5)2+{((j+0.5)−(j−0.5))/2}2]0.5
さらに、図5に示した関係で理想化すれば、(j+0.5)−(j−0.5)=1であるから、これらの関係を適用すれば距離Qは次式で表すことができる。
Q=[{(i+0.5}2+(0.5)2]0.5
∂ui+0.5,j,k+0.5/∂y=(ui+0.5,j+0.5,k+0.5−ui+0.5,j−0.5,k+0.5)/2Δy
=r・cos(ψ+φ)−r・cos(ψ−φ)/2Δy
=−2r・sinψsinφ/2Δy
ここで、速度ベクトル[U]qの各成分をuq,vq,wqと表記すれば、
sinψ=vq/r
sinφ={(j+0.5)−(j−0.5)}/2/Q=1/2Q
になる。Δy=0.5であるから、上式を次式のように変形することができる。
∂ui+0.5,j,k+0.5/∂y=−2r(vq/r){1/2Q}
=−vq/Q
ここで、[U]q={(Q−i)([U]i+1,j,k+[U]i+1,j,k+1)+((i+1)−Q)([U]i,j,k+[U]i,j,k+1)}/2であるから、vqは次式のようになる。
vq={(Q−i)(vi+1,j,k+vi+1,j,k+1)+((i+1)−Q)(vi,j,k+vi,j,k+1)}/2
それゆえ、次式が成立する。
∂ui+0.5,j,k+0.5/∂y={(i−Q)(vi+1,j,k+vi+1,j,k+1)+(Q−(i+1))(vi,j,k+vi,j,k+1)}/2Q
∂vi+0.5,j,k+0.5/∂y={vi+0.5,j+0.5,k+0.5−vi+0.5,j−0.5,k+0.5}/2Δy
=r・sin(ψ+φ)−r・sin(ψ−φ)/2Δy
=2r・cosψsinφ/2Δy
=2r(uq/r){1/2Q}
=uq/Q
=−{(i−Q)(ui+1,j,k+ui+1,j,k+1)+(Q−(i+1))(ui,j,k+ui,j,k+1)}/2Q
速度ベクトル[U]i+0.5,j,k+0.5の成分wi+0.5,j,k+0.5はz軸(回転軸3)の周りに回転しても変化しないから、yに関する偏微分の値は0になる。つまり、次式が得られる。
∂wi+0.5,j,k+0.5/∂y=0
∂ui+0.5,j,k+0.5/∂y={(i−Q)(vi+1,j,k+vi+1,j,k+1)+(Q−i−1)(vi,j,k+vi,j,k+1)}/2Q
∂vi+0.5,j,k+0.5/∂y=−{(i−Q)(ui+1,j,k+ui+1,j,k+1)+(Q−i−1)(ui,j,k+ui,j,k+1)}/2Q
∂wi+0.5,j,k+0.5/∂y=0
前進差分法(1次元):(∂f/∂x)i+0.5={f(i+1,j,k)−f(i,j,k)}/Δx
リチャードソン法(1次元):(∂f/∂x)i={f(i−2,j,k)−8f(i−1,j,k)+8f(i+1,j,k)−f(i+2,j,k)}/12Δx
最小二乗法(1次元):(∂f/∂x)i={2f(i+2,j,k)+f(i+1,j,k)−f(i−1,j,k)−f(i−2,j,k)}/10Δx
中心差分法(2次元):(∂f/∂x)i,j={f(i+1,j+1,k)−f(i−1,j+1,k)+2(f(i+1,j,k)−f(i−1,j,k))+f(i+1,j−+1,k)−f(i−1,j−1,k)}/8Δx
最小二乗法(2次元):(∂f/∂x)i,j={2(f(i+1,j+1,k)+f(i+1,j−1,k)−f(i−1,j+1,k)−f(i−1,j−1,k))+f(i+1,j,k)−f(i−1,j,k)}/10Δx
2 撹拌翼
3 回転軸
4 モータ
5 位置計測装置
6 流場解析装置
7 流体
PL 基準平面
Claims (5)
- 内側面が撹拌翼の回転軸を中心とする回転体形状に形成された槽であって撹拌翼の回転に伴って撹拌翼の回転軸を中心とする流動を生じる撹拌槽内の流体にトレーサ粒子を混入させ、非接触かつ所定の時間間隔で位置計測を行う位置計測装置によりトレーサ粒子の3次元位置を追跡し、トレーサ粒子の位置の時間変化により撹拌槽内の流場を計測する方法であって、撹拌翼の回転軸の延長方向を一つの座標軸に持つ2次元平面を基準平面として設定し、トレーサ粒子の3次元位置を追跡することにより撹拌槽内の全体で得られる速度ベクトルの原データを回転軸の回りに回転させて原データを基準平面の位置に配置した後、基準平面の上の着目位置の周囲に3次元の微小領域を設定するとともに微小領域内における基準平面の上の複数個の原データを用いて着目位置に関する微分演算を有限差分法で代用することにより着目位置の速度勾配テンソルの成分を求めることを特徴とする粒子追跡法を用いた流場計測方法。
- 前記微小領域は前記基準平面を含む立方体の単位格子であって、有限差分法で用いる成分のうち基準平面に含まれない速度ベクトルを用いる成分には、前記回転軸の周りに基準平面を回転させたときの対応点の速度ベクトルの成分を適用することを特徴とする請求項1記載の粒子追跡法を用いた流場計測方法。
- 前記単位格子の一面が前記基準平面であることを特徴とする請求項2記載の粒子追跡法を用いた流場計測方法。
- 前記着目位置が前記単位格子の中心であって、単位格子の6面のうちの4面の中心の位置の速度ベクトルの成分は前記基準平面の上で前記原データにより求め、単位格子の6面のうちの残りの2面の中心の位置の速度ベクトルの成分は前記回転軸の周りに基準平面を回転させたときの対応点の速度ベクトルの成分により求めることを特徴とする請求項2記載の粒子追跡法を用いた流場計測方法。
- 前記基準平面の上で求めた速度勾配テンソルの成分を回転軸の周りに回転させることにより撹拌槽内の所望の位置の流場を計測することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の粒子追跡法を用いた流場計測方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006177335A JP4349385B2 (ja) | 2006-06-27 | 2006-06-27 | 粒子追跡法を用いた流場計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006177335A JP4349385B2 (ja) | 2006-06-27 | 2006-06-27 | 粒子追跡法を用いた流場計測方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008008686A JP2008008686A (ja) | 2008-01-17 |
JP4349385B2 true JP4349385B2 (ja) | 2009-10-21 |
Family
ID=39067041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006177335A Active JP4349385B2 (ja) | 2006-06-27 | 2006-06-27 | 粒子追跡法を用いた流場計測方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4349385B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102226736A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-10-26 | 哈尔滨工程大学 | 评估仿生非光滑表面及仿生射流表面减阻效果的试验装置 |
CN102607802A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-25 | 北京航空航天大学 | 一种验证流固耦合算法的电机驱动结构高速转动试验装置 |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009009551B4 (de) * | 2009-02-19 | 2013-02-07 | Lavision Gmbh | Verfahren zur Bestimmung von Strömungsverhältnissen |
JP5354659B2 (ja) * | 2009-04-06 | 2013-11-27 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 流体力分布計測方法及び計測装置 |
JP5321835B2 (ja) * | 2009-11-19 | 2013-10-23 | 東京電力株式会社 | 画像データ処理装置およびコンピュータプログラム |
CN101975869B (zh) * | 2010-09-16 | 2013-11-20 | 中国海洋大学 | 流场长时段三维监测装置及其制作方法 |
JP5650058B2 (ja) * | 2011-06-03 | 2015-01-07 | 株式会社Ihi | 流れ場のせん断応力分布計測方法および装置 |
CN102607801B (zh) * | 2011-12-26 | 2014-06-04 | 北京航空航天大学 | 一种模拟薄板水下冲击的试验装置 |
CN102607803B (zh) * | 2011-12-26 | 2014-04-23 | 北京航空航天大学 | 一种具有增压装置的流体驱动结构高速转动试验装置 |
CN103344409A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-10-09 | 浙江理工大学 | 高速纺杯内用示踪粒子模拟气相流场测量装置 |
CN104133078B (zh) * | 2014-07-30 | 2016-08-17 | 清华大学 | 基于片光扫描粒子图像的三维流场高频测量装置及其方法 |
CN105021373B (zh) * | 2015-07-09 | 2018-07-24 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | Cfb锅炉内三维流场测量装置 |
CN107389296B (zh) * | 2015-10-28 | 2019-09-13 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种用于风洞的飞机模型 |
JP6608686B2 (ja) * | 2015-11-27 | 2019-11-20 | 株式会社東芝 | トリチウム濃度測定装置及びトリチウム濃度測定方法 |
CN110686864B (zh) * | 2019-11-01 | 2021-04-02 | 中国人民解放军海军工程大学 | 多排可移动叶片流场实验装置 |
CN113551873B (zh) * | 2021-08-25 | 2024-05-24 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 基于流场测试的压裂液缝内减阻性能测试装置及方法 |
-
2006
- 2006-06-27 JP JP2006177335A patent/JP4349385B2/ja active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102226736A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-10-26 | 哈尔滨工程大学 | 评估仿生非光滑表面及仿生射流表面减阻效果的试验装置 |
CN102607802A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-25 | 北京航空航天大学 | 一种验证流固耦合算法的电机驱动结构高速转动试验装置 |
CN102607802B (zh) * | 2011-12-26 | 2014-06-04 | 北京航空航天大学 | 一种验证流固耦合算法的电机驱动结构高速转动试验装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008008686A (ja) | 2008-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4349385B2 (ja) | 粒子追跡法を用いた流場計測方法 | |
Ham et al. | Visual monitoring of civil infrastructure systems via camera-equipped Unmanned Aerial Vehicles (UAVs): a review of related works | |
Ben Abdallah et al. | Automatic inspection of aeronautical mechanical assemblies by matching the 3D CAD model and real 2D images | |
JP4577193B2 (ja) | 粒子追跡法を用いた流場計測方法 | |
Pereira et al. | Microscale 3D flow mapping with μDDPIV | |
JP6136018B2 (ja) | 可視化流体の流速計測方法及び流速計測システム | |
Guo et al. | A novel multi-scale edge detection technique based on wavelet analysis with application in multiphase flows | |
Hakim et al. | Calculating point of origin of blood spatter using laser scanning technology | |
Kreizer et al. | Three-dimensional particle tracking method using FPGA-based real-time image processing and four-view image splitter | |
Hou et al. | A novel single-camera approach to large-scale, three-dimensional particle tracking based on glare-point spacing | |
US20150104068A1 (en) | System and method for locating fiducials with known shape | |
CN113702384A (zh) | 一种回转构件表面缺陷检测装置、检测方法及标定方法 | |
Gui et al. | Application of CCD image scanning to sea-cage motion response analysis | |
Sun et al. | Vibration monitoring of an open-type one-way tensioned membrane structure based on stereovision | |
Li et al. | Visualization of interstitial pore fluid flow | |
Abdulmouti | PARTICLE IMAGING VELOCIMETRY (PIV) TECHNIQUE: PRINCIPLES AND APPLICATIONS, REVIEW | |
Lee et al. | Geometrical-Based Displacement Measurement With Pseudostereo Monocular Camera on Bidirectional Cascaded Linear Actuator | |
JP2010276448A (ja) | 物体周囲の物理量測定方法及び物理量測定装置 | |
JPWO2021111613A1 (ja) | 3次元地図作成装置、3次元地図作成方法、及び3次元地図作成プログラム | |
Zhou et al. | Convolutional network-based method for wall-climbing robot direction angle measurement | |
Corkidi et al. | Accurate determination of embedded particles within dispersed elements in multiphase dispersions, using a 3D micro-stereoscopic vision system | |
Özcan et al. | Quality Assessment of a Novel Camera-Based Measurement System for Roughness Determination of Concrete Surfaces—Accuracy Evaluation and Validation | |
RU2777451C1 (ru) | Способ определения скорости потока жидкости или газа | |
Zhang et al. | Multisensor and multiscale data integration method of TLS and GPR for three-dimensional detailed virtual reconstruction | |
Kluwe et al. | Four-dimensional flow field near a sphere settling in Newtonian fluid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090402 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090630 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090713 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120731 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4349385 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120731 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130731 Year of fee payment: 4 |