JP2799427B2 - 流れ観測用粉体の供給方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気流等の流れを観測す
る際に、その流れの中に流れを可視化する粒子を浮遊さ
せるために用いられる粒子の供給方法及び装置に関する
もので、特に、流れの中に固体粒子、すなわち粉体を供
給する流れ観測用粉体の供給方法及び装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】大気拡散風洞内に設置された模型の周辺
に生ずる気流のような複雑な流れを観測する場合には、
レーザー流速計が用いられることが多くなってきてい
る。レーザー流速計は、測定しようとする流れの中に粒
子を浮遊させておき、その流れにレーザー光を照射し
て、粒子による散乱光のドップラーシフトからその粒子
の速度、したがって流れの速度、を求めるものである。
このようなレーザー流速計を用いれば、流れを連続的に
観測することが可能となるので、気流が温度や障害物な
どによってどのように変化するか等を容易に把握するこ
とができる。

【０００３】ところで、そのようなレーザー流速計によ
って流れを観測するためには、その流れの中にレーザー
光を散乱させる粒子を浮遊させることが必要となる。そ
の粒子は、流れとともに移動するものでなければならな
い。また、流れを乱すようなものであってもならない。
したがって、できるだけ微細なものであることが求めら
れる。さらに、単位時間当たりのデータができるだけ多
く得られるようにするために、流れに浮遊する粒子の数
を多くすることも求められる。このように、レーザー流
速計による流れの観測のためには、多数の微細な粒子を
流れの中に供給することが必要となる。そのような粒子
の供給操作はシーディングと呼ばれ、その良否によっ
て、流れの観測の成否が左右されることとなっている。

【０００４】気流中に多数の微細な粒子を浮遊させるこ
とが求められる場合に従来一般に行われている方法は、
超音波加湿器によって発生される微細な水滴、あるいは
流動パラフィン等の油を加熱して急冷したときに生ずる
油滴などを、空気の流れに乗せて気流中に導く、という
方法である。そのような方法によれば、均一で微細な粒
子を気流中に容易に大量に供給することができるので、
大気拡散風洞においてもその方法を用いることができる
ならば、レーザー流速計による気流の観測もその成功が
期待される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水滴は
蒸発潜熱を奪うので、気流中に供給すると、その気流の
温度が低下してしまう。大気拡散風洞は非等温場での流
れの観測に用いられることが多いが、そのような場合、
粒子を供給することによって温度が変化するようでは、
正確な観測ができないことになる。また、油滴は他の計
測器などに付着しやすいという問題がある。例えば風洞
内の温度の計測には一般に白金線温度計が用いられる
が、そのような場合、白金線に油滴が付着すると、その
温度計による計測値に誤差が生じてしまう。したがっ
て、油滴を供給する方法も、大気拡散風洞などにおける
流れの観測に適しているとは言えない。

【０００６】このような問題は、流れに浮遊させる粒子
として、液滴ではなく、固体粒子、すなわち粉体を用い
るようにすれば回避することができる。そのためには、
観測しようとする流れの中に粉体が連続的に注入される
ようにすることができればよい。粉体を連続的に供給す
る方法としては、スクリュの回転によって粉体を少しず
つ軸方向に移送し、スクリュの先端から落下させるとい
う方法や、ホッパの下端出口に振動板を設けておき、そ
の振動板を振動させることによって粉体を流動させて、
振動板とホッパとの間の小さな隙間から少量ずつ流出さ
せるという方法が考えられる。しかしながら、粉体は、
粒子の径が小さくなるほど固まりやすく、流動しにくく
なる。そのために、上述のような方法では、いずれによ
っても、微細な粉体が流れの中に少量ずつ連続的に注入
されるようにすることは難しい。広口瓶等の容器に粉体
を収容しておき、その容器内に空気を吹き込んで粉体を
攪拌するとともに、その粉体をそのまま空気の流れに乗
せて観測しようとする流れに注入する、という方法も考
えられるが、そのような方法では、粉体が攪拌されるよ
うにするために、吹き込む空気の流れを強くしなければ
ならず、また、その空気と風洞内の空気とは温度が異な
ることが多いので、粉体を注入するための空気によっ
て、観測しようとする流れの場が乱されることになる。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、観測しようとする流れの
場を乱すことなく、その流れの中に微細な粉体を連続的
に供給することのできる方法及び装置を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、粉体を収容する容器内に圧力振動を生
じさせることによって、その容器から粉体を押し出すよ
うにしている。すなわち、本発明による流れ観測用粉体
の供給方法は、流れの観測に用いる粉体を、少なくとも
壁面の一部が弾性板によって形成されている容器の内部
に収容するとともに、その容器の開放面を、粉体の粒子
の径よりやや大きい目開きのスクリーンによって覆って
おき、その容器を、観測しようとする流れの上流側に設
置した上で、その容器の壁面を構成する弾性板を振動さ
せるようにしたことを特徴としている。その場合、粉体
中には、スクリーンの目開きより径の大きいガラスビー
ズを混ぜておくことが望ましい。

【０００９】また、本発明による流れ観測用粉体の供給
装置は、少なくとも壁面の一部が弾性板によって形成さ
れ、流れの観測に用いる粉体が収容される容器と、その
粉体の粒子の径よりやや大きい目開きで、容器の開放面
を覆うスクリーンと、容器の壁面をなす弾性板を振動さ
せる加振器と、その加振器を駆動するファンクションジ
ェネレータと、を備えていることを特徴としている。そ
の容器の壁面には、粉体排出の補助のために、外部から
流入する流れのみを許容する逆止弁を設けておくことも
できる。

【００１０】

【作用】このように構成することにより、容器の壁面を
構成する弾性板を振動させると、その容器内に圧力振動
が生じ、容器内の圧力が低くなったとき、外部から流入
する流れによってその容器内に収容されている粉体が攪
拌される。そして、容器内の圧力が高くなったとき、そ
の粉体がスクリーンを通して外部に押し出される。した
がって、粉体は固まることなく散乱した状態で押し出さ
れることになり、流れに乗って浮遊する。その場合、粉
体中にガラスビーズを混ぜておくと、そのガラスビーズ
が振動してスクリーンを叩くので、スクリーンの目詰ま
りが防止される。また、弾性板を振動させる加振器をフ
ァンクションジェネレータによって駆動するようにする
と、その振動周波数をランダムに変化させることが可能
となるので、粉体が固まることがより確実に防止される
ようになる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図中、図１は本発明による流れ観測用粉体供給装置
の一実施例を示す全体構成図であり、図２はその粉体供
給装置に用いられている容器の要部の内面図である。ま
た、図３はその粉体供給装置を用いて風洞内の流れを観
測するときの状態を示す説明図である。

【００１２】図１から明らかなように、この粉体供給装
置１は、スピーカコーンのような一端面が開放された中
空円錐台形状の容器２を備えている。その容器２の壁面
は、薄い金属板あるいは紙のような硬質の弾性板によっ
て構成されている。その容器２の底板３の背面には、永
久磁石４が取り付けられている。また、その後方には、
永久磁石４を駆動する電磁石５が配置されている。その
電磁石５には、ファンクションジェネレータ６から発生
された１００〜２００Hzの矩形波電圧が、増幅器７を介
して印加されるようになっている。したがって、ファン
クションジェネレータ６を作動させると、電磁石５によ
って永久磁石４が吸引あるいは反発されて振動し、その
振動が容器２の壁面に伝えられる。すなわち、この実施
例では、その永久磁石４と電磁石５とによって、容器２
の壁面を振動させる加振器８が構成されている。

【００１３】容器２の開放面は、目開きが８〜１２μm
程度のスクリーン９によって覆われている。そして、そ
の容器２内に、粒径が約５μmの粉体１０が収容されて
いる。その粉体１０はレーザー光を散乱させるものであ
ればよく、例えばセラミックスの粉末などを用いること
ができる。その粉体１０中には、直径３mm程度のガラス
ビーズ１１，１１，…が混入されている。

【００１４】図１及び２から明らかなように、容器２の
側壁面には、三角形の切り込み１２が形成されている。
また、その切り込み１２部分の内面側には薄紙１３が設
けられている。その薄紙１３は、上辺が容器２の側壁内
面に接着されている。したがって、容器２内の圧力が高
くなったときには薄紙１３が容器２の側壁内面に張り付
き、切り込み１２部分が密封される。一方、容器２内の
圧力が低くなったときには切り込み１２部分が開き、外
部から空気が導入される。こうして、容器２の側壁面に
設けられる切り込み１２と薄紙１３とによって、外部か
ら流入する流れのみを許容する逆止弁１４が構成されて
いる。

【００１５】このように構成された粉体供給装置１を用
いて大気拡散風洞内の流れを観測するときには、図３に
示されているように、その容器２を、風洞２０の上流部
に設けられているトリッピングフェンス２１の上流側に
設置する。その場合、容器２は、ワイヤ２２等によって
風洞２０の天井から吊るし、その開放面を覆うスクリー
ン９がトリッピングフェンス２１の頂部より低く位置す
るようにする。そして、風洞２０を作動させ、その流れ
が安定した後、粉体供給装置１を駆動する。すなわち、
そのファンクションジェネレータ６を作動させる。

【００１６】ファンクションジェネレータ６が作動する
と、容器２の背面側に設けられている加振器８が駆動さ
れ、上述のように容器２の壁面が振動する。したがっ
て、その容器２の容積が変動し、内部に圧力振動が発生
する。そして、容器２内の圧力が外部より低くなったと
き、スクリーン９を通してその内部に空気が吸い込まれ
る。また、容器２内の圧力が外部より高くなると、その
内部の空気がスクリーン９を通して押し出される。容器
２内の粉体１０は、そのような空気の振動によって攪拌
される。そして、その粉体１０は、容器２の内部から外
部に空気が押し出されるとき、それに伴って押し出され
る。その場合、容器２の内部には、側壁面に設けられて
いる逆止弁１４を通しても外部の空気が流入する。そし
て、その空気もスクリーン９を通して押し出される。し
たがって、粉体１０はより効率よく排出されるようにな
る。

【００１７】このように、この粉体供給装置１によれ
ば、容器２内に収容されている粉体１０が空気振動によ
って攪拌され、分散した状態で押し出されるので、粉体
１０が固まることがない。したがって、流れの中に連続
的に供給することができる。そして、容器２の内外間で
流動する空気は少量で弱く、しかも、その出入りによっ
て相殺されるので、その空気の流れによって風洞２０内
の流れに影響が及ぼされることもほとんどない。

【００１８】また、容器２の振動によってスクリーン９
も振動する。さらに、粉体１０中に混入されているガラ
スビーズ１１も粉体１０とともに振動するので、その振
動によってスクリーン９が叩かれる。したがって、粉体
１０によるスクリーン９の目詰まりも防止される。そし
て、容器２内の空気の振動周波数は、ファンクションジ
ェネレータ６から加振器８に印加される駆動電圧の周波
数を変化させることによって調整することができる。し
たがって、流れの観測を行いながら、その観測に最適の
粉体供給状態を選ぶことができる。また、その振動周波
数をときどき変更することによって、粉体１０が固まる
ことをより効果的に防止することができる。

【００１９】このようにして容器２の内部から排出され
た粉体１０は、風洞２０内の流れに乗って下流側へと移
動する。そのとき、その粉体１０は、トリッピングフェ
ンス２１によって風洞２０内の流れとともに拡散され、
その流れ中に均一に分散するようになる。そして、その
ように粉体１０を均一に浮遊させた流れが、風洞２０の
下流側に設けられている建造物等の模型２３上に導かれ
る。したがって、その流れにレーザー光を照射すれば、
その光は流れとともに移動する粉体１０によって散乱さ
れるようになり、その散乱光を測定することによって、
流れの速度変化が連続的に求められるようになる。すな
わち、各流線が求められる。こうして、模型２３や地表
の温度等により流れにもたらされる影響を正確に観測す
ることが可能となる。

【００２０】なお、上記実施例においては、風洞２０内
の流れの観測に用いる場合を例に挙げて説明したが、本
発明はそれに限られるものではなく、室内空気の流れの
観測などにも用いることができる。また、容器２は、上
記実施例のような円錐台形状のものに限られることはな
く、剛性材からなる円筒体の一端面に弾性板を張り付け
たようなものを用いることもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、粉体を収容する容器内に圧力振動を生じさせ
ることにより、その容器の開放面を覆うスクリーンを通
して空気を振動させ、その空気振動によって粉体を押し
出すようにしているので、微細な粉体であっても固まる
ことがなくなり、その粉体を流れの中に連続的に供給す
ることが可能となる。したがって、非等温場において
も、レーザー流速計による流れの正確な観測が実現可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流れ観測用粉体供給装置の一実施
例を示す全体構成図である。

【図２】その粉体供給装置に用いられている容器の要部
を、図１の矢印Ｘ方向から見た内面図である。

【図３】その粉体供給装置を用いて風洞内の流れを観測
するときの状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 粉体供給装置 ２ 容器 ６ ファンクションジェネレータ ８ 加振器 ９ スクリーン １０ 粉体 １１ ガラスビーズ １４ 逆止弁 ２０ 風洞

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流れの観測に用いる粉体を、少なくとも
   壁面の一部が弾性板によって形成されている容器の内部
   に収容するとともに、その容器の開放面を、前記粉体の
   粒子の径よりやや大きい目開きのスクリーンによって覆
   っておき、 その容器を、観測しようとする流れの上流側に設置した
   上で、その容器の壁面を構成する前記弾性板を振動させ
   ることからなる、 流れ観測用粉体の供給方法。
2. 【請求項２】 前記粉体中に、前記スクリーンの目開き
   より径の大きいガラスビーズを混ぜることを特徴とす
   る、 請求項１記載の流れ観測用粉体の供給方法。
3. 【請求項３】 少なくとも壁面の一部が弾性板によって
   形成され、流れの観測に用いる粉体が収容される容器
   と、 その容器の開放面を覆う、前記粉体の粒子の径よりやや
   大きい目開きのスクリーンと、 前記弾性板を振動させる加振器と、 その加振器を駆動するファンクションジェネレータと、
   を備えてなる、流れ観測用粉体の供給装置。
4. 【請求項４】 前記容器の壁面に、外部から流入する流
   れのみを許容する逆止弁が設けられていることを特徴と
   する、 請求項３記載の流れ観測用粉体の供給装置。