中性子I.I.を用いた熱流動機器の可視化例

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中性子I.I.を用いた熱流動機器の可視化例
神戸大学 杉本勝美
特徴
1. 中性子線を高感度,高解像度,広帯域で画像化出来ます.
2. カラーイメージインテンシファイア(カラー電子増倍管)には
広いダイナミックレンジ,高い感度を有し,残光時間も少な
いカラーイメージインテンシファイアを採用しています.
3. 中性子線,γ線等からカラーイメジインテンシファイアおよ
び撮像ユニットを保護し,画像ノイズを極力低減するため
の遮蔽容器を標準で用意しています.
4. 標準のカラーカメラ以外のカメラの設置を考慮し,遮蔽容
器は十分なスペースを確保しています.
中性子I.I.カタログより
中性子I.I.を利用した可視化
GdタイプI.I.
・固体高分子形燃料電池のダイナミックCT計測
・小型4ストロークエンジン内のオイル挙動の可視化
・固体高分子形燃料電池の水分布定量計測
・ヒートパイプの流動挙動の可視化
10BタイプI.I.
・固体高分子形燃料電池の膜厚方向水分布計測
中性子I.I.
9インチ中性子カラーイメージインテンシファイヤ(㈱東芝)
コントローラー
中性子I.I.
カメラ
視野切換:9,6,4.5 インチ
本体重量:150kg
システム配置1
Visible light
②
①
Neutron beam
③
④
1. Test section
3. C-MOS camera
2. Neutron image intensifier
4. Host computer
5
システム配置2
Visible light
②
①
Neutron beam
③
⑤
④
1. Test section
3. Mirror
5. Host computer
2. Neutron image intensifier
4. CCD camera
6
カメラ
ダイナミックCT計測・・・高速度C-MOSカメラ
(Basler, A504kc)
画素数:1280×1024
最大フレームレート:500fps
輝度階調:8bit
定量計測・・・・・・・・・・・冷却型CCDカメラ
(Princeton Instruments, PIXIS1024 )
画素数:1024×1024
輝度階調:16bit
* 出力蛍光面寸法 Φ25mm
7
高速度カメラによるCT計測システム
中性子線
可視光
回転
電池
高速度カメラ 中性子I.I.
高速回転ステージ
・1秒間に1 回のCT 計測を実現
・2.6秒毎に1時間以上の連続計測が可能
(1秒/CT,100fpsの場合)
撮影画像1
撮影条件 ・1CTあたりの撮影時間 :9sec
※15 秒間隔で連続CT撮影
・画素寸法:107μm
・I.I.視野6インチ
・フレームレート:50fps
発電前画像
ア
ノ
ー
ド
側
カ
ソ
ー
ド
側
冷却流路
撮影画像2
発電中画像
カ
ソ
ー
ド
側
ア
ノ
ー
ド
側
MEA,GDL,ガス流路
画像処理後
ボリュームレンダリング
高速度カメラによるエンジン内可視化
中性子線
可視光
高速度カメラ
中性子I.I.
小型エンジン
小型4ストロークエンジン
25ccエンジンモータリング
撮影画像1
撮影条件
・フレームレート:30~500fps
・画素寸法:160μm
30fps
3600rpm
内径×行程:34×27 [mm]
撮影画像2
250fps
3600rpm
撮影条件
・フレームレート:30~500fps
・画素寸法:160μm
撮影画像3
500fps
3600rpm
撮影条件
・フレームレート:30~500fps
・画素寸法:160μm
冷却型CCDカメラシステム
可視光
中性子線
電池
カメラ
中性子I.I.
・ 冷却型CCDカメラ
(1024×1024pixcel,16bit)
・ 露光時間 : 12sec
・ 検出分解能 : 8μm
・ 空間分解能 : 108 μm
B4Cグリッドを用いた水分布の定量計測
2
流路・リブ下部において1×3mm の計測メッシュで平均水厚さ
1mm
流路 (+GDL)
1mm
リブ下(≈GDL)
3mm 3mm
流路(+GDL)
リブ下(≈GDL)
中性子吸収体(B4C)グリッドで以下のオフセットを計測
GDL
・被写体中の中性子線の散乱
MEA
・暗箱中での光の散乱
水の厚さ
・カメラの暗電流
流路
ρ: 密度
 S x, y   O0 x, y   μ: 質量減衰係数
1
tW x, y発電時の電池内の平均水厚さの2次元分布の取得
,t 
ln  0

W m W  SG x, y, t   OG x, y, t  So, SG: 輝度
Oo, OG: オフセット項
コンバーター撮影画像
撮影条件
発電前
・露光時間:12sec
・画素寸法:108μm
ボロン入りグリッド使用
撮影画像
撮影条件
発電中
・露光時間:1sec
・画素寸法:98μm
ボロン遮蔽部
の輝度が高い
ボロン入りグリッド使用
まとめ
・中性子I.I.と高速度カメラを用いることにより,CT
計測や速い流動現象の撮影が可能である.
・中性子I.I.と冷却型CCDカメラを用いることにより,
従来より短い露光時間による計測が可能である.
・視野切換によりズームアップが簡単にできる.
・定量計測においては,オフセットへの考慮が必要
である.

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