角柱周りの気流の流れの可視化、PIV解析

PIV(Particle Image Velocimetry：粒子画像流速測定法)解析とは、高速度カメラで粒子画像を撮影し、２フレーム間の粒子群の移動量、移動方向を解析することで、速度ベクトル分布データを算出する画像計測手法です。水中や気中の流れ場にシート状の光源を照射し、トレーサーと呼ばれる粒子を流して撮影、解析を行うことが一般的です。

風洞とは一定の空気の流れを作り出す装置で、対象物を流れ場の中に設置することで空気力による影響や圧力を測定することが可能です。PIV解析による解析は航空宇宙・自動車の空力研究や空間中の流れ解析による換気環境の改善・空調機開発など様々な産業に活用されております。

今回は、風洞による角柱周りの気流の流れをVision Research Inc.（米国）製ハイスピードカメラPhantom V2640のモノクロモデルを用いて可視化撮影しPIV解析にて流れの解析を行いました。Phantom V2640はISO感度モノクロ：32,000、カラー：5,000の高感度と、フル解像度2,048ｘ1,952ピクセルの超高解像度のセンサーを搭載したハイエンドモデルの一つです。撮影速度はフル解像度時に6,600コマ／秒の撮影能力を有しております。最新のCMOSセンサーを搭載しており、驚きの低ノイズ、高画質を実現しました。撮影の目的に応じて、画質・画素数優先モード、撮影速度・感度優先モード等を切り替えることができ、1台のカメラで超高解像度タイプと超高速度タイプの両機能を兼ね備えております。また通常時には超低ノイズ化をするCDS(Correlated Double Sampling)機能を搭載しており、黒画像と実画像の２枚の画像撮影を繰り返し、黒画像を用いて毎フレームごとにノイズ除去を行います。

本事例では、風洞を用いて角柱周りの気流の流れを可視化撮影し、撮影画像からPIV解析を行っております。今回使用しましたハイスピードカメラPhantom V2640は400万画素の超高解像度の最新センサーとCDS機能を使い、鮮明かつ超低ノイズな画像を撮影できるため、微細な粒子の流れを解析するPIV解析に最適なカメラとなっております。