JP2007040723A - キャビテーション発生量の測定方法及びキャビテーション発生量の測定装置 - Google Patents
キャビテーション発生量の測定方法及びキャビテーション発生量の測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007040723A JP2007040723A JP2005222284A JP2005222284A JP2007040723A JP 2007040723 A JP2007040723 A JP 2007040723A JP 2005222284 A JP2005222284 A JP 2005222284A JP 2005222284 A JP2005222284 A JP 2005222284A JP 2007040723 A JP2007040723 A JP 2007040723A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cavitation
- liquid
- measuring
- amount
- stress
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910000873 Beta-alumina solid electrolyte Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 carbide Chemical compound 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910003669 SrAl2O4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000005084 Strontium aluminate Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003668 SrAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 229910015999 BaAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
【課題】 本発明の目的は、複雑な装置を使わずキャビテーションの発生分布状態を簡単に測定することができるキャビテーション発生量の測定方法、及びキャビテーション発生量の測定装置を提供すること。
【解決手段】 液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を観測するためのキャビテーション発生量の測定方法であって、液体中に応力発光粒子を混入させ、該応力発光粒子から発生する光を受光してその強度を測定することでキャビテーションの発生量を測定するキャビテーション発生量の測定方法。
液体が容器２内を流れる状態、或いは、容器２内に貯蔵された状態に有ればよい。
【選択図】図１
【解決手段】 液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を観測するためのキャビテーション発生量の測定方法であって、液体中に応力発光粒子を混入させ、該応力発光粒子から発生する光を受光してその強度を測定することでキャビテーションの発生量を測定するキャビテーション発生量の測定方法。
液体が容器２内を流れる状態、或いは、容器２内に貯蔵された状態に有ればよい。
【選択図】図１
Description
本発明は、液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を観測するための方法及びその装置に関し、更に詳しくは、液体中に応力発光粒子を混入させ、その発光強度を測定することでキャビテーションの発生量を測定するキャビテーション発生量の測定方法、及びその測定装置に関する。
流体中のキャビテーションの挙動を調べることは、そのキャビテーションによる環境のダメージ（壊食等）を防止する上で極めて重要である。
そのため、近年では、キャビテーション挙動を観察する方法や装置が種々開発されている。
キャビテーション、詳しくはキャビテーション気泡の挙動を調べる方法として、例えばカメラ等により直接観察する方法や光散乱法により測定する方法（例えば、特許文献１参照）、或いは静電容量を測定することによりキャビテーションを調べる方法（例えば、特許文献２参照）等が提示されている。
そのため、近年では、キャビテーション挙動を観察する方法や装置が種々開発されている。
キャビテーション、詳しくはキャビテーション気泡の挙動を調べる方法として、例えばカメラ等により直接観察する方法や光散乱法により測定する方法（例えば、特許文献１参照）、或いは静電容量を測定することによりキャビテーションを調べる方法（例えば、特許文献２参照）等が提示されている。
上記の２つ方法が気泡の総数や分布を測定するには有用であるが、そのうちの光散乱法により測定する方法の場合、ストロボやレザー光源等の余分な部分が必要である。
また静電容量を測定することにより調べる方法の場合は、静電容量を測定するための電極を流体内に設けなければならない上、実際の流路とは異なったものとなる。
従って、いずれの方法にしても、装置としては複雑なものとなる欠点がある。
さらに、気泡の分布、総数を知るだけでなく、気泡が破裂して放出する衝撃波の強度（衝撃圧）を知ることが重要である。
しかし、これらのことは上記の２つ方法では測定することができない。
キャビテーションの衝撃波の強度や衝撃圧を計測するために、圧電センサなどの手法は有用であるが（例えば、特許文献３参照）、センサを導入する必要があり、実際の流路と異なる欠点や、液体中にあるセンサがキャビテーションにより損傷を受けやすい問題がある。
また静電容量を測定することにより調べる方法の場合は、静電容量を測定するための電極を流体内に設けなければならない上、実際の流路とは異なったものとなる。
従って、いずれの方法にしても、装置としては複雑なものとなる欠点がある。
さらに、気泡の分布、総数を知るだけでなく、気泡が破裂して放出する衝撃波の強度（衝撃圧）を知ることが重要である。
しかし、これらのことは上記の２つ方法では測定することができない。
キャビテーションの衝撃波の強度や衝撃圧を計測するために、圧電センサなどの手法は有用であるが（例えば、特許文献３参照）、センサを導入する必要があり、実際の流路と異なる欠点や、液体中にあるセンサがキャビテーションにより損傷を受けやすい問題がある。
本発明は、上記のような技術的背景のもとでなされたものである。
すなわち、本発明は、複雑な装置を使わずキャビテーションの発生分布状態を簡単に測定することができるキャビテーション発生量の測定方法、及びキャビテーション発生量の測定装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、複雑な装置を使わずキャビテーションの発生分布状態を簡単に測定することができるキャビテーション発生量の測定方法、及びキャビテーション発生量の測定装置を提供することを目的とする。
かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、流体中に発光粒子を混入させた状態においては、キャビテーション消滅時に発生する衝撃力（壊食力）により容易にその発光粒子が発光することを見出し、この知見により、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、（１）、 液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を観測するためのキャビテーション発生量の測定方法であって、液体中に応力発光粒子を混入させ、該応力発光粒子から発生する光を受光してその強度を測定することでキャビテーションの発生量を測定するキャビテーション発生量の測定方法に存する。
すなわち、本発明は、（２）、 液体が容器内を流れる状態にある上記（１）に記載のキャビテーション発生量の測定方法に存する。
すなわち、本発明は、（３）、 液体が容器内に貯蔵された状態にある上記（１）に記載のキャビテーション発生量の測定方法存する。
すなわち、本発明は、（４）、応力発光粒子の径が１０ｎｍ〜１００μｍである上記（１）に記載のキャビテーション発生量の測定方法に存する。
すなわち、本発明は、（５）、 応力発光粒子の母体材料が3 次元ネットワーク構造、スタフドトリジマイト構造、ウルツ構造、スピネル構造、長石構造、コランダム構造又はβ−アルミナ構造を有する酸化物、硫化物、炭化物、テルル化物又は窒化物である上記（１）に記載のキャビテーション発生量の測定方法に存する。
すなわち、本発明は、（６）、応力発光粒子の母体材料が格子欠陥を含むα―ＳｒＡｌ２Ｏ４構造である上記（１）に記載のキャビテーション発生量の測定方法に存する。
すなわち、本発明は、（７）、容器の一部を透明化してその透明化部分を介して発光強度を測定する上記（１）に記載のキャビテーション発生量の測定方法に存する。
すなわち、本発明は、（８）、 液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を測定するためのキャビテーション発生量の測定装置であって、応力発光粒子を混入した液体入りの容器と、該応力発光粒子から放射された光を受光する受光手段と、を備えたキャビテーション発生量の測定装置に存する。
すなわち、本発明は、（９）、 前記液体入りの容器は液体が流れることが可能な容器である上記（８）記載のキャビテーション発生量の測定装置に存する。
すなわち、本発明は、（１０）、 前記液体入りの容器は液体を貯蔵しておくことが可能な容器である上記（８）に記載のキャビテーション発生量の測定装置に存する。
なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）から（１０）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
本発明によれば、液体中に応力発光粒子を混入させ、該応力発光粒子から発光される光を受光し、その強度を測定するようにしたので、簡単にキャビテーションの発生量を測定することができる。
受光手段は、容器の少なくとも一部を透明化した部分を通じて応力発光粒子により発光された光を受光する。
応力発光粒子自体から発光される光の強度を測定することを利用しているために、装置としては極めて簡単なものとなる。
応力発光粒子自体から発光される光の強度を測定することを利用しているために、装置としては極めて簡単なものとなる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態に係るキャビテーションの発生量の測定装置を示している。
測定装置１によって、液体が容器内を流れる状態にある例、ここでは液体流通管２を流れる液体中に発生するキャビテーションの発生量の測定を行うものである。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態に係るキャビテーションの発生量の測定装置を示している。
測定装置１によって、液体が容器内を流れる状態にある例、ここでは液体流通管２を流れる液体中に発生するキャビテーションの発生量の測定を行うものである。
ここで参考までにキャビテーションの発生原理について簡単に述べる。
例えば、絞り部を介して大径部と小径部とが連結された一本の管においては、上流側の大径部を流れる液体が口絞り部を経て下流側の小径部に流入すると、流路断面が減少するため液体の流速が増し、その結果、圧力が低下する。
この圧力が飽和蒸気圧以下まで低下すると、沸点が低くなり、沸騰と同様の気化現象が発生し、いわゆるキャビテーションが発生するのである。
例えば、絞り部を介して大径部と小径部とが連結された一本の管においては、上流側の大径部を流れる液体が口絞り部を経て下流側の小径部に流入すると、流路断面が減少するため液体の流速が増し、その結果、圧力が低下する。
この圧力が飽和蒸気圧以下まで低下すると、沸点が低くなり、沸騰と同様の気化現象が発生し、いわゆるキャビテーションが発生するのである。
キャビテーションが発生した液体が下流に流されて再び大径部に流入すると、流路断面積が増加し、液体の流速が低下して圧力が増加する。
そのため液体の圧力が回復し、キャビテーションは急激に縮小し消滅するのである。
このキャビテーションの縮小・消滅時に、数百気圧程の大きな圧力（すなわち衝撃力）が発生する。
そのため液体の圧力が回復し、キャビテーションは急激に縮小し消滅するのである。
このキャビテーションの縮小・消滅時に、数百気圧程の大きな圧力（すなわち衝撃力）が発生する。
本発明は、液体中に応力発光粒子を混入した場合に、その応力発光粒子がキャビテーションの衝撃力により発光することを原理としたものである。
さて、この本発明の測定装置１は、受光手段４、演算手段５とパーソナルコンピュータ６とモニタ７とを有する。
さて、この本発明の測定装置１は、受光手段４、演算手段５とパーソナルコンピュータ６とモニタ７とを有する。
図１では、応力発光粒子から放射された光は、液体流通管２に形成した透明化部分である窓３を介して、受光手段４に入射する。
受光手段４は、集光レンズ４１や撮像素子４２を備えており、応力発光粒子から放射された光を集光レンズ４１を介して撮像素子４２で感知する。
撮像素子４２では光電変換が行われ、電気信号が演算手段５に送信される。
演算手段５では、電気信号がＡ／Ｄ変換され、撮像素子４２の画素毎の光強度が数値化され、ＪＰＥＧ形式やＴＩＦＦ形式等でデータが記録媒体に格納される。
受光手段４は、集光レンズ４１や撮像素子４２を備えており、応力発光粒子から放射された光を集光レンズ４１を介して撮像素子４２で感知する。
撮像素子４２では光電変換が行われ、電気信号が演算手段５に送信される。
演算手段５では、電気信号がＡ／Ｄ変換され、撮像素子４２の画素毎の光強度が数値化され、ＪＰＥＧ形式やＴＩＦＦ形式等でデータが記録媒体に格納される。
図に示す測定装置１では、演算手段５にパーソナルコンピュータ６が接続されており、このパーソナルコンピュータ６に接続されたモニタ７から測定結果が表示される。
具体的な表示形態としては、例えば、液体中に発生するキャビテーションの発生量（発生分布状態）が、発生位置をＸＹ軸とし光強度をＺ軸として立体的に表示される。
具体的な表示形態としては、例えば、液体中に発生するキャビテーションの発生量（発生分布状態）が、発生位置をＸＹ軸とし光強度をＺ軸として立体的に表示される。
キャビテーションが発生しない状態の光強度のバックグラウンドデータを前もって測定しておけば、それを使ってキャビテーションの発生時の光強度を補正することによりキャビテーションの正確な発生量を測定することができる。
本発明は、流体中に光発光粒子を混入しておき、この流体と共に挙動する光発光粒子が発光する光を直接測定する原理であるために、流体自体の挙動を正確に把握することができる。
また、応力発光粒子自体から発生する発光強度を測定することから、その光を受光することができるように受光手段４を設置するだけで、キャビテーションの発生量を容易に測定することができる。
したがって、前述した従来のように、余分な装置、すなわちストロボやレザー光源、或いは静電容量を測定するための電極等が全く不必要となり、測定装置自体も極めてシンプルとなり、製造コスト的にも有利である。
また、応力発光粒子自体から発生する発光強度を測定することから、その光を受光することができるように受光手段４を設置するだけで、キャビテーションの発生量を容易に測定することができる。
したがって、前述した従来のように、余分な装置、すなわちストロボやレザー光源、或いは静電容量を測定するための電極等が全く不必要となり、測定装置自体も極めてシンプルとなり、製造コスト的にも有利である。
本発明では、液体の挙動と同じ挙動を応力発光粒子にさせるために、その応力発光粒子は液体に極力分散できる粒子であることが好ましい。
応力発光粒子の分散性は、液体との比重の差が小さい程よい傾向があるために、応力発光粒子の周囲に透光性のコーティング層を設けて比重を軽くすることが好ましい。
例えば、液体が水（比重１）で応力発光粒子の比重が３．３４の場合（応力発光粒子がα−ＳｒＡｌ２Ｏ４の構造）は、応力発光粒子の周囲に水より比重の小さい透光性のコーティング層を設けて応力発光粒子の比重を小さくすることが好ましい。
応力発光粒子の分散性は、液体との比重の差が小さい程よい傾向があるために、応力発光粒子の周囲に透光性のコーティング層を設けて比重を軽くすることが好ましい。
例えば、液体が水（比重１）で応力発光粒子の比重が３．３４の場合（応力発光粒子がα−ＳｒＡｌ２Ｏ４の構造）は、応力発光粒子の周囲に水より比重の小さい透光性のコーティング層を設けて応力発光粒子の比重を小さくすることが好ましい。
ここで応力発光粒子とは、母体材料に発光中心を添加させたものである（例えば、特開２０００−６３８２４号公報参照）。
母体材料としては、例えば、スタフドトリジマイト構造（Stuffed tridymite ）, ３次元ネットワーク構造、長石構造、格子欠陥制御した結晶構造、ウルツ構造、スピネル構造、コランダム構造又はβ−アルミナ構造を有する酸化物、硫化物、炭化物又は窒化物を用いることができる。
母体材料としては、例えば、スタフドトリジマイト構造（Stuffed tridymite ）, ３次元ネットワーク構造、長石構造、格子欠陥制御した結晶構造、ウルツ構造、スピネル構造、コランダム構造又はβ−アルミナ構造を有する酸化物、硫化物、炭化物又は窒化物を用いることができる。
また、発光中心としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕの希土類イオン、及び、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの遷移金属イオンが挙げられている。
母体材料として、例えばストロンチウム及びアルミニウム含有複合酸化物を用いる場合、ｘＳｒＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＭＯ（Ｍは二価金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，ｘ，ｙ，ｚは整数である）、ｘＳｒＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（ｘ，ｙ，ｚは整数である）を用いると良い。
中でも、ＳｒＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（ＳｒｘＢａ１−ｘ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ（０<ｘ<１）、BaＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ等が望ましい。
中でも、ＳｒＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（ＳｒｘＢａ１−ｘ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ（０<ｘ<１）、BaＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ等が望ましい。
応力発光粒子の粒子径については、液体中に全体に均一に分散できるものであればよく、特に限定はない。しかし、空間分解能を高くすることであれば、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。
〔第二実施形態〕
第一実施形態では液体流通管２に形成した透明の窓３を通して光を受光しているが、液体流通管２の全体を透明にして如何なる部分でもキャビテーションの発生量を測定できるようにすることも可能である。
図２は、液体が流れる液体流通管２の全体を透明にした例であり、受光手段４を移動させて適宜の位置のキャビテーションの発生量を計測することができる。
応力発光粒子が発光する光を直接測定する原理であるために、キャビテーションの発生する部分では必ず応力発光粒子が発光することとなり、キャビテーションの発生する位置に受光手段４を対応させればよい。
第一実施形態では液体流通管２に形成した透明の窓３を通して光を受光しているが、液体流通管２の全体を透明にして如何なる部分でもキャビテーションの発生量を測定できるようにすることも可能である。
図２は、液体が流れる液体流通管２の全体を透明にした例であり、受光手段４を移動させて適宜の位置のキャビテーションの発生量を計測することができる。
応力発光粒子が発光する光を直接測定する原理であるために、キャビテーションの発生する部分では必ず応力発光粒子が発光することとなり、キャビテーションの発生する位置に受光手段４を対応させればよい。
〔第三実施形態〕
第一実施形態及び第二実施形態では、液体が容器内を流れる状態にある例、すなわち液体流通管内を流れる状態の例であるが、液体が容器２Ａ内に貯蔵された状態にある場合がこの第三実施形態である。
図３における測定装置は、流れのない液体中において、超音波の影響等の何らかの原因でキャビテーションが発生した場合にも、その発光する光を受光手段４で受光することにより、同様にキャビテーションの発生量を測定できるものである。
第一実施形態及び第二実施形態では、液体が容器内を流れる状態にある例、すなわち液体流通管内を流れる状態の例であるが、液体が容器２Ａ内に貯蔵された状態にある場合がこの第三実施形態である。
図３における測定装置は、流れのない液体中において、超音波の影響等の何らかの原因でキャビテーションが発生した場合にも、その発光する光を受光手段４で受光することにより、同様にキャビテーションの発生量を測定できるものである。
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、応力発光粒子を混入させる対象となる液体は、限定されものではなく、要するに応力発光粒子が分散できるものであれば採用可能である。
本発明では液体中に存在する応力発光粒子から発生する光を受光してその強度を測定しているために、結果的に、キャビテーションの総量、キャビテーションの空間分布、サイズ、キャビテーション発生した衝撃力の強さ、強さの分布、キャビテーション持続時間、時間的変化等が容易に得られる。
例えば、応力発光粒子を混入させる対象となる液体は、限定されものではなく、要するに応力発光粒子が分散できるものであれば採用可能である。
本発明では液体中に存在する応力発光粒子から発生する光を受光してその強度を測定しているために、結果的に、キャビテーションの総量、キャビテーションの空間分布、サイズ、キャビテーション発生した衝撃力の強さ、強さの分布、キャビテーション持続時間、時間的変化等が容易に得られる。
以下、実施例を挙げて説明するが、本発明は、当然、これらの実施例によって限定されるものではない。
図４は、キャビテーション測定の実験に用いたキャビテーションの発生量の測定装置を示している。
図に示すように、測定装置１によって、水や油等の液体が貯蔵された液体入りの容器であるビーカー２Ｂに発生するキャビテーションの測定を行った。
なお、この実施例では、実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
図に示すように、測定装置１によって、水や油等の液体が貯蔵された液体入りの容器であるビーカー２Ｂに発生するキャビテーションの測定を行った。
なお、この実施例では、実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
この装置は、箱型の超音波発生セル８と、この超音波発生セル８のステンレス製の発生容器８１の底部に載置され且つ液体を収容したビーカー２Ｂと、ビーカー２Ｂの真上に配置された受光手段４とを有している。
なお超音波発生セルとしては、ＳＮＴ社製超音波洗浄器（ＵＳ−１型、３８ｋＨｚ、８０Ｗ）を用いた。
このビーカー２Ｂに液体（エタノール）を２０ｇ入れ、更にその中に応力発光粒子を０．１ｇを入れて攪拌して液体全体に均一に分散させた。
ここで使用した応力発光粒子の粒子径は、０．５μｍで、材質としては、Ｓｒ０．９０Ｅｕ０．０１Ａｌ２Ｏ４を用いた。
なお超音波発生セルとしては、ＳＮＴ社製超音波洗浄器（ＵＳ−１型、３８ｋＨｚ、８０Ｗ）を用いた。
このビーカー２Ｂに液体（エタノール）を２０ｇ入れ、更にその中に応力発光粒子を０．１ｇを入れて攪拌して液体全体に均一に分散させた。
ここで使用した応力発光粒子の粒子径は、０．５μｍで、材質としては、Ｓｒ０．９０Ｅｕ０．０１Ａｌ２Ｏ４を用いた。
そして、超音波発生セル８の電源をオンにして超音波振動を発生させると、ビーカー２Ａの液体に超音波振動が伝達され、液体内にキャビテーションが発生した。
このキャビテーションにより発生する光を受光手段４により受光し、演算手段５を介してコンピュータ処理を行った。
受光手段のゲート時間は、２ｍｓとした。
その結果を図５から図９に示す。
このキャビテーションにより発生する光を受光手段４により受光し、演算手段５を介してコンピュータ処理を行った。
受光手段のゲート時間は、２ｍｓとした。
その結果を図５から図９に示す。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、超音波振動を発生させた時点を測定開始時点とした場合の測定１コマ目の画像データ及びグラフ化処理データであり、液体中に発生するキャビテーションの発生量（発生分布状態）を現している。
なお、各グラフは、応力発光粒子から発生した光以外のバックグラウンドの光をも含んだもので示した。
図５（ａ）は、ビーカーの径断面方向の発光強度分布を示しており、図５（ｂ）は、位置をＸＹ軸とし発光強度をＺ軸として立体グラフを示している。
なお、各グラフは、応力発光粒子から発生した光以外のバックグラウンドの光をも含んだもので示した。
図５（ａ）は、ビーカーの径断面方向の発光強度分布を示しており、図５（ｂ）は、位置をＸＹ軸とし発光強度をＺ軸として立体グラフを示している。
同様に、図６（ａ）及び図６（ｂ）は５５コマ目（５５ページ）〔撮影開始１．１秒後〕のものであり、図７（ａ）及び図７（ｂ）は７０コマ目（撮影開始１．４秒後）のものであり、図８（ａ）及び図８（ｂ）は１５１コマ目〔撮影開始約３秒後〕のものである。
参考までに、図９は、コマ数で示した時間（横軸）と発光強度の平均値（縦軸）との関係をグラフに示したものである。
参考までに、図９は、コマ数で示した時間（横軸）と発光強度の平均値（縦軸）との関係をグラフに示したものである。
これらの図から分かるように、液体中に混入された応力発光粒子が発光することで、液体中のキャビテーションの発生状態が極めて明確に把握できることが分かる。
１ 測定装置
２ 容器（液体流通管）
２Ａ 容器
２Ｂ ビーカー
３ 窓
４ 受光手段
４１ 集光レンズ
４２ 撮像素子
５ 演算手段
６ パーソナルコンピュータ
７ モニタ
８ 超音波発生セル
８１ 発生容器
２ 容器（液体流通管）
２Ａ 容器
２Ｂ ビーカー
３ 窓
４ 受光手段
４１ 集光レンズ
４２ 撮像素子
５ 演算手段
６ パーソナルコンピュータ
７ モニタ
８ 超音波発生セル
８１ 発生容器
Claims (10)
- 液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を観測するためのキャビテーション発生量の測定方法であって、
液体中に応力発光粒子を混入させ、該応力発光粒子から発生する光を受光してその強度を測定することでキャビテーションの発生量を測定することを特徴とするキャビテーション発生量の測定方法。 - 液体が容器内を流れる状態にあることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション発生量の測定方法。
- 液体が容器内に貯蔵された状態にあることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション発生量の測定方法。
- 応力発光粒子の径が１０ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション発生量の測定方法。
- 応力発光粒子の母体材料が3 次元ネットワーク構造、スタフドトリジマイト構造、ウルツ構造、スピネル構造、長石構造、コランダム構造又はβ−アルミナ構造を有する酸化物、硫化物、炭化物、テルル化物又は窒化物であることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション発生量の測定方法。
- 応力発光粒子の母体材料が格子欠陥を含むα―ＳｒＡｌ２Ｏ４構造であることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション発生量の測定方法。
- 容器の一部を透明化してその透明化部分を介して発光強度を測定することを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション発生量の測定方法。
- 液体中に発生するキャビテーションの発生分布状態を測定するためのキャビテーション発生量の測定装置であって、
応力発光粒子を混入した液体入りの容器と、
該応力発光粒子から放射された光を受光する受光手段と、
を備えたことを特徴とするキャビテーション発生量の測定装置。 - 前記液体入りの容器は液体が流れることが可能な容器であることを特徴とする請求項８に記載のキャビテーション発生量の測定装置。
- 前記液体入りの容器は液体を貯蔵しておくことが可能な容器であることを特徴とする請求項８に記載のキャビテーション発生量の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005222284A JP4595091B2 (ja) | 2005-07-29 | 2005-07-29 | キャビテーション発生量の測定方法及びキャビテーション発生量の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005222284A JP4595091B2 (ja) | 2005-07-29 | 2005-07-29 | キャビテーション発生量の測定方法及びキャビテーション発生量の測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007040723A true JP2007040723A (ja) | 2007-02-15 |
| JP4595091B2 JP4595091B2 (ja) | 2010-12-08 |
Family
ID=37798867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005222284A Active JP4595091B2 (ja) | 2005-07-29 | 2005-07-29 | キャビテーション発生量の測定方法及びキャビテーション発生量の測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4595091B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009277562A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Nec Tokin Corp | 非水電解液二次電池およびその製造方法 |
| JP2010002415A (ja) * | 2008-05-20 | 2010-01-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 超音波の音圧強度分布の測定方法、超音波のエネルギー密度分布を測定する方法およびそれらの測定装置 |
| JP2011069730A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Tohoku Univ | 流路の減肉監視方法および流路の減肉監視装置 |
| CN101712929B (zh) * | 2008-10-08 | 2011-12-28 | 青岛生物能源与过程研究所 | 利用发光颗粒进行微藻光生物培养的方法 |
| CN108827876A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-11-16 | 中国科学院声学研究所 | 一种空化云空化强度的测量方法 |
| CN110954671A (zh) * | 2018-09-27 | 2020-04-03 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0445948U (ja) * | 1990-08-23 | 1992-04-20 | ||
| JPH07198710A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Honda Motor Co Ltd | 燃料性状計測方法および装置、並びにこれを用いた噴射燃料量制御装置 |
| JPH08201219A (ja) * | 1995-01-23 | 1996-08-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ウォータージェットノズル試験方法および装置 |
| JP2000063824A (ja) * | 1998-08-12 | 2000-02-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 応力発光材料およびその製造方法 |
| JP2001215157A (ja) * | 2000-02-02 | 2001-08-10 | Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti | 応力発光材料を用いた応力または応力分布の測定方法と測定システム |
| JP2002267584A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-09-18 | Hitoshi Soyama | 材料固有のキャビテーション衝撃力のしきい値特定方法と、キャビテーション噴流による壊食量の定量的予測法と、そのための壊食量の定量的予測装置。 |
| JP2003057164A (ja) * | 2001-08-16 | 2003-02-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | キャビテーション気泡観察装置およびキャビテーション気泡観察方法 |
| JP2003137622A (ja) * | 2001-10-30 | 2003-05-14 | Taiheiyo Cement Corp | 発光骨材 |
| JP2003313545A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Keio Gijuku | 蛍光発光微粒子とその製造方法 |
| JP2004137329A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Sony Corp | 応力発光性粒子、応力発光性人工砂、応力発光性粒子集合体、応力発光性柔軟構造体および応力発光性粒子の製造方法 |
| JP2005322421A (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Keiji Iimura | 応力発光素子および応力発光装置 |
| JP2007040724A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 容器内壁への衝撃の検知方法及びその検知システム |
-
2005
- 2005-07-29 JP JP2005222284A patent/JP4595091B2/ja active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0445948U (ja) * | 1990-08-23 | 1992-04-20 | ||
| JPH07198710A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Honda Motor Co Ltd | 燃料性状計測方法および装置、並びにこれを用いた噴射燃料量制御装置 |
| JPH08201219A (ja) * | 1995-01-23 | 1996-08-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ウォータージェットノズル試験方法および装置 |
| JP2000063824A (ja) * | 1998-08-12 | 2000-02-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 応力発光材料およびその製造方法 |
| JP2001215157A (ja) * | 2000-02-02 | 2001-08-10 | Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti | 応力発光材料を用いた応力または応力分布の測定方法と測定システム |
| JP2002267584A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-09-18 | Hitoshi Soyama | 材料固有のキャビテーション衝撃力のしきい値特定方法と、キャビテーション噴流による壊食量の定量的予測法と、そのための壊食量の定量的予測装置。 |
| JP2003057164A (ja) * | 2001-08-16 | 2003-02-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | キャビテーション気泡観察装置およびキャビテーション気泡観察方法 |
| JP2003137622A (ja) * | 2001-10-30 | 2003-05-14 | Taiheiyo Cement Corp | 発光骨材 |
| JP2003313545A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Keio Gijuku | 蛍光発光微粒子とその製造方法 |
| JP2004137329A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Sony Corp | 応力発光性粒子、応力発光性人工砂、応力発光性粒子集合体、応力発光性柔軟構造体および応力発光性粒子の製造方法 |
| JP2005322421A (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Keiji Iimura | 応力発光素子および応力発光装置 |
| JP2007040724A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 容器内壁への衝撃の検知方法及びその検知システム |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 今井裕介、徐超男: "応力発光材料とその展開", 日本化学会九州支部講演会講演要旨集, vol. １ｓｔ, JPN6010047197, 2005, pages 7 - 11, ISSN: 0001700979 * |
| 徐超男: "応力発光ハイブリッド材料とその応用", 検査技術, vol. 第１０巻第６号, JPN6010047196, 1 June 2005 (2005-06-01), pages 8 - 13, ISSN: 0001700978 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009277562A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Nec Tokin Corp | 非水電解液二次電池およびその製造方法 |
| JP2010002415A (ja) * | 2008-05-20 | 2010-01-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 超音波の音圧強度分布の測定方法、超音波のエネルギー密度分布を測定する方法およびそれらの測定装置 |
| CN101712929B (zh) * | 2008-10-08 | 2011-12-28 | 青岛生物能源与过程研究所 | 利用发光颗粒进行微藻光生物培养的方法 |
| JP2011069730A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Tohoku Univ | 流路の減肉監視方法および流路の減肉監視装置 |
| CN108827876A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-11-16 | 中国科学院声学研究所 | 一种空化云空化强度的测量方法 |
| CN110954671A (zh) * | 2018-09-27 | 2020-04-03 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法 |
| CN110954671B (zh) * | 2018-09-27 | 2024-01-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4595091B2 (ja) | 2010-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4595091B2 (ja) | キャビテーション発生量の測定方法及びキャビテーション発生量の測定装置 | |
| JP2009092644A (ja) | 構造体の欠陥を検知するための方法及びシステム | |
| Liu et al. | Scalable elasticoluminescent strain sensor for precise dynamic stress imaging and onsite infrastructure diagnosis | |
| Xu et al. | Dynamic visualization of stress distribution by mechanoluminescence image | |
| Versluis | High-speed imaging in fluids | |
| JP5977820B2 (ja) | はめ込み型の温度および／またはひずみのセンサ用の方法およびシステム | |
| Timilsina et al. | Review of state-of-the-art sensor applications using mechanoluminescence microparticles | |
| Quinto-Su et al. | Manipulation and microrheology of carbon nanotubes with laser-induced cavitation bubbles | |
| JP4406695B2 (ja) | 応力測定システム | |
| JP2001215157A (ja) | 応力発光材料を用いた応力または応力分布の測定方法と測定システム | |
| JP4748415B2 (ja) | 容器内壁への衝撃の検知方法及びその検知システム | |
| Stöhr et al. | Visualization of gas–liquid mass transfer and wake structure of rising bubbles using pH-sensitive PLIF | |
| JP2011247748A (ja) | バブル観測方法およびその装置 | |
| Disotell et al. | Measurement of transient acoustic fields using a single-shot pressure-sensitive paint system | |
| JP2010002415A (ja) | 超音波の音圧強度分布の測定方法、超音波のエネルギー密度分布を測定する方法およびそれらの測定装置 | |
| JP6362280B1 (ja) | 気泡数密度計測装置 | |
| Liu et al. | Global skin friction diagnostics in separated flows using luminescent oil | |
| Hibiki et al. | Feasibility of high frame-rate neutron radiography by using a steady thermal neutron beam with 106 n/(cm2s) flux | |
| Wang et al. | Visualization of stress distribution using smart mechanoluminescence sensor | |
| Shohag | Progress in Organic Triboluminescent EuD4TEA Crystal | |
| Li et al. | Dynamic visualization of stress distribution by mechanoluminescence image | |
| Han et al. | Multimodal characterization of the anisotropic behaviors of shale rocks | |
| Ko et al. | Solitary waves perturbed by a broad sill. Part 1. Propagation across the sill | |
| Birkin et al. | Observations of bubble clusters within different cavita-tion environments–electrochemistry, acoustics and imaging studies | |
| JP2006126050A (ja) | ガス流可視化方法及び装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080305 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100806 |
|
| 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: 20100816 |
|
| 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: 20100830 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4595091 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131001 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131001 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |