高速な空気の流れをリアルタイム計測 従来比20倍速を実現
~変化する流体に呼応するアクティブ制御に期待~

ポイント
・感度の高い観測点の最適な組み合わせを選択して、計測する手法「疎点解析粒子画像流速計測法(スパースプロセッシングPIV)」を実証するため、リアルタイム高速度カメラを組み込んだ風洞実験装置を製作
・従来の「粒子画像流速計測法(PIV)」では不可能であった高速な流体の流れのリアルタイム計測に成功
・2000ヘルツ(Hz)での流体の流れのリアルタイム計測の成功は世界初
流体力学に限らずさまざまな分野でのリアルタイム観測とフィードバック制御への応用に期待

空気や水などの流体の流れの速度場の計測は、現象の理解やその制御のために重要です。特に流体の中でリアルタイムに何が生じているかを把握し、制御することが期待されています。流体の流速の計測によく用いられる方法として、流速の面情報が得られる粒子画像流速計測法(PIV)があります。しかし、画像解析技術を基にした計測方法のため、高速な空気の流れでは画像解析に多くの時間がとられ、リアルタイム計測ができませんでした。
東北大学 大学院工学研究科の野々村 拓 准教授、産業技術総合研究所 省エネルギー研究部門の中井 公美 研究員(元 東北大学 特任助教)らの研究グループは、この課題を解決するため、2021年に「低次元モデル」と「センサー位置最適化技術」を組み入れた疎点解析粒子画像流速計測法(スパースプロセッシングPIV)を提案しています。この度、リアルタイム高速度カメラを組み込んだ風洞実験装置を製作し、実際にリアルタイム計測が可能であることを実証しました。
この技術には汎用性があり、画像解析などを伴う解析時間がかかる計測手法に対して低次元モデルと最適化を組み合わせることで解析するデータ量を減らして処理時間を短縮できることから、流体力学にとどまらずさまざまな分野でのリアルタイム計測とそれに基づく制御が可能になると期待されます。
本研究成果は、2022年8月29日にドイツの科学誌「Experiments in Fluids」のオンライン版で公開されます。

<論文タイトル>
“Proof-of-concept Study of Sparse Processing Particle Image Velocimetry for Real Time Flow Observation”
DOI:10.1007/s00348-022-03471-0

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