混相流計測に適用可能な超音波流速分布計測システムの開発

摘要

超音波流速分布計測（Ultrasonic Velocity Profiler；UVP）法は，Takedaにより工学的な利用が始められ，これまでに多くの流動場へ適用がなされてきた．UVP法は超音波を用いる事から，光学計測が適用できない液体金属中の流動や高温の溶融ガラス中の計測が可能である．フェイズドアレイ技術と組み合わせることで，二次元流速分布計測も可能である．また，配管などの既存の流路に対しても適用できることから，これまで計測が不可能とされてきた流動場の現象解明に重要な役割を果たすと考えられる．本UVP法は通常単一周波数で計測が行われるが，複周波数を用いる事で，気液二相流の気相と液相の速度を分離できる．これらのことから，UVP法は混相流計測にも広く適用可能であると言える．しかしながら，これまでUVP法の利用はPIV法などの光学計測手法に比べて利用者数が限られてきた．その要因として，UVP法計測システムが世界中でも限られた数のベンダによって行われる程度で，研究者がシステムを構築することが困難であった事が挙げられる．そうした中，近年のデジタル技術の進歩に伴い，研究者が自ら市販の機器を組み合わせることでより自由度の高い計測システムを構築することが可能となった．さらには，従来の市販計測システムで存在していた信号処理装置の制約による瞬時流速分布間のタイムラグ（オーバーヘッド）を無くし，流体物理に係わる計測も可能となる．本稿では，そのような超音波流速分布計測システムの開発について紹介をする．