JP2011220891A - Particle-spraying device and flow field observation system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水槽での模型船周りの流場計測に使用する粒子散布装置及びこれを用いた流場観測装置に関するものである。 The present invention relates to a particle scattering device used for measuring a flow field around a model ship in a water tank, and a flow field observation device using the same.
従来、風洞実験においては、測定対象物周りの気流の流れを可視化すべく、気流にトレーサー粒子散布ノズルからミストを平行に散布したりスモークなどを散布して気流に平行にトレーサー粒子を流して観測することが広くなされている(特許文献1)。 Conventionally, in wind tunnel experiments, in order to visualize the flow of airflow around the measurement object, mist is sprayed in parallel from the tracer particle spray nozzle or smoke is sprayed on the airflow, and tracer particles are flowed in parallel to the airflow. It is widely done (Patent Document 1).
また、水理模型実験で水流を観測するものとしては、トレーサーノズルから染料などの液体を水流と共に流して観測することがなされている(特許文献2)。 Moreover, as what observes a water flow in a hydraulic model experiment, it is made to observe by flowing liquids, such as dye, with a water flow from a tracer nozzle (patent document 2).
水槽に模型船などを浮かべて、その模型船周りの水流を観測(流場観測)する場合には、特許文献3に示されるように水槽をループ状にした回流水槽を用いる方法が従来行われている。回流水槽でトレーサー粒子を流して観測を行う場合には、水(流体)を繰り返し循環するので、トレーサー粒子も同様に循環するためトレーサーの観測は容易である。しかし、循環式の回流水槽では、水流の均一性が十分でないため、精度の高い流場観測が困難という問題がある。 When a model ship or the like is floated in the tank and the water flow around the model ship is observed (flow field observation), as shown in Patent Document 3, a method using a circulating water tank having a looped tank is conventionally performed. ing. When observation is performed by flowing tracer particles in a circulating water tank, since water (fluid) is repeatedly circulated, the tracer particles are similarly circulated, so that the tracer can be easily observed. However, the circulation type circulating water tank has a problem that it is difficult to observe the flow field with high accuracy because the uniformity of the water flow is not sufficient.
ところで、模型船の種々の試験や観測を高精度で行うものとして、模型船を細長の水槽(長さ200m程度)に浮かべ、これを曳引車を用いて直接曳航することが提案されている(特許文献4)。 By the way, it has been proposed that a model ship is floated on a slender tank (about 200 m in length) and directly towed using a towing vehicle as a means to perform various tests and observations of the model ship with high accuracy. (Patent Document 4).
しかしこの曳航水槽で、トレーサー粒子を用いて模型船周りの流場観測を行う場合は、模型船を曳航しながら観測を行うため、水槽内で模型船の移動に伴い移動する観測領域にトレーサー粒子を均一に散布する必要があり、特許文献1、2のようにトレーサー粒子を固定のノズルを用いて目的の観測領域に散布することはできない。また模型船は、水槽に形成される波で、ヨーイング、ピッチング、ローリングできるように吊り下げて曳航されるため、単純に模型船の先端にトレーサーノズルを取り付けることも不可能である。
However, when observing the flow field around the model ship using tracer particles in this tow tank, the tracer particles are placed in the observation area that moves as the model ship moves in the tank. The tracer particles cannot be sprayed to the target observation area using a fixed nozzle as in
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、水槽で模型船を曳航する際に、その模型船周りの水流を観測するため粒子散布装置及びこれを用いた流場観測装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a particle scattering device and a flow field observation device using the particle scattering device for observing the water flow around the model ship when towing the model ship in the aquarium. It is in.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、水槽上に設置される曳引車により、その水槽内の水に浮かんだ模型船を曳航する曳航装置において、前記曳引車に、前記模型船周囲の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズルを設けたことを特徴とする粒子散布装置である。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、模型船は曳航車に揺動自在に支持され、その曳引車に、曳航される前記模型船の船首前方の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズルが設けられる請求項1記載の粒子散布装置である。 According to a second aspect of the present invention, the model ship is swingably supported by the towed vehicle, and the towing vehicle is provided with a spray nozzle for spraying tracer particles in the water in front of the bow of the model ship to be towed. 1 is a particle scattering apparatus according to 1;
請求項3の発明は、散布ノズルは、少なくとも一部が水中に没するように設けられたパイプの前記水中部分に複数のノズル孔が設けられて形成される請求項1又は2記載の粒子散布装置である。
The invention according to claim 3 is the particle spraying according to
請求項4の発明は、散布ノズルは、模型船の船首前方に位置するように設けられる請求項1又は2記載の粒子散布装置である。
The invention of
請求項5の発明は、散布ノズルのパイプは、その水平断面が流れに対して楕円形又は流線型又は翼型になるように形成される請求項1〜4のいずれかに記載の粒子散布装置である。
The invention of claim 5 is the particle spray device according to any one of
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の粒子散布装置を用いて模型船周りの水流を観測する流場観測装置であって、前記曳引車に、模型船の船尾周りのトレーサー粒子を観測する検出器と流場計測器を設けたことを特徴とする流場観測装置である。 Invention of Claim 6 is a flow field observation apparatus which observes the water flow around a model ship using the particle dispersal apparatus in any one of Claims 1-5, Comprising: The stern of a model ship is provided in the said towing vehicle. It is a flow field observation device characterized by providing a detector and a flow field measuring device for observing surrounding tracer particles.
請求項7の発明は、前記模型船が、曳引車に揺動支持装置を介して支持され、その揺動支持装置の模型船側支持部に、検出器と流場計測器が模型船と共に揺動するように設けられる請求項6記載の流場観測装置である。
In the invention of
請求項8の発明は、前記模型船が、曳引車に揺動支持装置を介して支持され、検出器と流場計測器が曳引車に固定して設けられる請求項6記載の流場観測装置である。 The invention according to claim 8 is the flow field according to claim 6, wherein the model ship is supported by the towing vehicle via a swing support device, and the detector and the flow field measuring device are fixed to the towing vehicle. It is an observation device.
本発明によれば、模型船を曳航する曳引車に散布ノズルを設けることで、模型船の移動に伴い移動する観測領域において模型船周りの流場を高精度で観測できるという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, by providing a spray nozzle on a towing vehicle towing a model ship, an excellent effect that the flow field around the model ship can be observed with high accuracy in the observation region that moves with the movement of the model ship. It is something that demonstrates.
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1,図2は、本発明の全体構成を示し、図1は平面図、図2は正面図を示したものである。 1 and 2 show the overall configuration of the present invention, FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a front view.
図1,図2において、水槽10は、例えば長さが200m以上に形成される。この水槽10の前端には図示していないが造波装置が設けられ、海面を模して波が形成できるようにされる。
1 and 2, the
この水槽10上には、走行自在な曳引車11が設けられる。曳引車11は、詳細は図示していないが水槽10上に走行自在に設けても、或いは水槽10が設置される床上に走行自在に設けるようにしてもいずれでもよい。
On this
曳引車11には、実際の船を模した模型船12が取り付けられる。この模型船12は、水槽10内の水面Wに浮かぶように、また曳引車11での曳航中に模型船12が、ピッチング、ヨーイング、ローリングの全部或いはいずれか1又は2つできるように、曳引車11に揺動支持装置13を介して支持される。また、模型船12は揺動支持装置13の他に、適宜曳引車11に固定支持具14にて固定して曳航できるようにもなっている。
A
曳引車11には、トレーサー粒子Tを水中に散布する粒子散布装置15が設けられる。粒子散布装置15は、曳引車11に設けたトレーサー溶液タンク16と、そのトレーサー溶液タンク16から配管17を介して接続され、少なくとも一部が水槽10の水中に没するように設けられた散布ノズル18と、配管17に接続されたポンプ19及びバルブ20から構成される。
The towing vehicle 11 is provided with a
トレーサー溶液タンク16に収容されるトレーサー溶液は、水にトレーサー粒子を混合したもので、トレーサー粒子としては、色の付いたプラスチック粒子やガラスなど、水の比重に近い粒子で後述する流場観測装置30で粒子を観測できるものであればいずれでもよい。
The tracer solution accommodated in the
図5(a)に示すように散布ノズル18は、断面円形を押し潰して楕円状乃至流線型状乃至翼形状のパイプ21とし、図5(b)に示すようにその楕円状乃至流線型状に形成されたパイプ21の水中に没している部分に円形のノズル孔22が適宜の間隔で穿設されて形成される。
As shown in FIG. 5A, the
このノズル孔22は、図2に示すように模型船12の喫水から模型船12の船底までの範囲に位置するように形成される。
As shown in FIG. 2, the
散布ノズル18は、図2に示すように模型船12の船首前方に位置するよう設ける。
As shown in FIG. 2, the
図1、図2において流場観測装置30は、模型船12の船尾側のプロペラ12pや舵12r周りの流速を検出すべく設けられる。この流場観測装置30は、模型船12を揺動自在に支持する揺動支持装置13の模型船支持部13aに設けて模型船12の揺動に追従するように設けても、或いは、曳航車11に固定して設けるようにしてもよい。
1 and 2, the flow
流場観測装置30は、カメラなどの検出器31と、その検出器31で撮影した画像からトレーサー粒子の動きを追跡して流れの分布を画像解析するPIV(粒子画像流速計)流場計測器32から構成しても、或いはレーザー光源とトレーサー粒子Tで反射したレーザー光を受光する受光器からなる検出器31と、その検出器31で検出したトレーサー粒子Tの流速や方向を計測するLDV(レーザードップラー流速計)などの流場計測器32で構成するようにしてもよい。
The flow
次に本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
曳引車11により模型船12を曳航する際に、例えば曳引車11の船首側前方の粒子散布装置15の散布ノズル18から図2〜図4に示したようにトレーサー粒子を散布する。これにより、トレーサー粒子Tは、移動する曳引車11により、図2、図4に示したように流れに沿って略平行に流れ、その流れに模型船12が、図3に示すように航走波Swをつくりながら曳航され、またトレーサー粒子は、模型船12の船腹に沿って流れて船尾に達し、そこで流場観測装置30にて流場が計測される。
When towing the
この際、散布ノズル18のパイプ21を、丸パイプを潰した楕円形にすることで、流場の乱れを減ずることができる。またその楕円状の散布ノズル18にノズル孔22を開けるだけの簡単な構造であり、低コストで、孔を増やすなどの変更にも容易に対応可能である。
At this time, the disturbance of the flow field can be reduced by making the
また、散布ノズル18は船首側前方に限らず、模型船12の船腹に設けるようにしてもよい。
Further, the
さらに散布ノズル18に形成するノズルは図6に示すように、パイプ21を水平に設置しても、或いは散布ノズル18の表面に開けたノズル孔22の代わりに、多孔質材やスリットから散布するように形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 6, the nozzle formed on the
また、模型船12は曳航の際に曳引車11に固定して曳航し、その際の流場を計測するようにしても、曳航時に波により揺動するように曳航するようにしてもよい。流場観測装置30は、模型船12を固定して曳航する場合には固定して流場を観測できるようにする。また模型船12を波などで揺動するように曳航した際には、流場観測装置30は、模型船12と一体に揺動しながら流場を観測するようにしても、曳引車11に固定して流れのみを観測するようにしてもいずれの実験にも適用可能なように設けられる。
In addition, the
10 水槽
11 曳引車
12 模型船
15 粒子散布装置
18 散布ノズル
30 流場観測装置
31 検出器
32 流場計測器
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