JP3560279B2 - Method and apparatus for visualizing flow - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流れを可視化して、その挙動等を観察、研究するための流れを可視化する方法及び装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
流れを可視化する従来の技術が、図4及び図5で示されている。図4において、レーザ1からパルス状に射出されたレーザー光LOは、レンズ群2においてシート状に整形されて、測定場3に入射される。この測定場3には、一酸化窒素(NO)のボンベ6に接続されたチューブ4の一端4Eが位置しており、チューブ4にON−OFF弁として作用する電磁弁5が介装されている。
【0003】
「燃焼の科学と技術」(1996年)第116−117巻(Combustion Science and Technology(1996) Vols.116−117)の第541頁から第566頁に発表の論文「燃焼システムの設計及び最適化のためのレーザを用いた非接触診断ツール(New Nonintrusive Laser Diagnostic Tools for Design and Optimization of Technically Applied Combustion Systems)」(A.Luczak、 V.Beushausen、 S.Eisenberg、 M.Knapp、 H.Schlueter、 P.Andresen、 M.Malobabic、 A.Schmidt)で開示されているように、一酸化窒素は、レーザー光が照射されるとレーザ誘起蛍光を発し、そのレーザ誘起蛍光は、紫外域に感度を有するカメラで捕らえる事により可視化が可能となる。従って、可視化して観察するべき流れに一酸化窒素を混入してレーザー光を照射すれば、レーザ誘起蛍光によってトレーサとして作用し、それを紫外域に感度を有するカメラ7により撮影すれば、流れの可視化が実現するのである。そして、一酸化窒素をトレーサとして有効にレーザ誘起蛍光を発生せしめるため、電磁弁5のON−OFFのタイミングは、レーザ1から射出或いは照射されるパルスレーザの射出(照射)タイミングに同期するように制御されている。
【0004】
この様な流れの可視化は、流れ場の観察或いは測定一般について非常に有効であり、特に、燃焼場の観察、測定については非常に有効な技術である。
【0005】
しかし、一酸化窒素ボンベと直接繋がったチューブ4が測定場3に直接挿入されているので、電磁弁5を「開」状態とした瞬間に、図5で特に明確に示す通り、ボンベ6内の圧力によりヘッドが付加された一酸化窒素(図5の符号GL)が、測定場3内に噴出してしまう。換言すれば、一酸化窒素GLが無視できない程度の初速を有した状態で測定場3内に噴出されるのである。
【0006】
そして、一酸化窒素GLが噴出される結果、図4、図5において流線tで表現されている可視化するべき流れが、チューブ4の先端部4E付近で撹乱されてしまい、レーザ誘起蛍光により可視化されたとしても、正しい流れ場の観察或いは測定とはならなくなってしまう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような従来技術に鑑みて提案されたものであり、トレーサを付加した際に、それによって流れ場が撹乱される事を防止する事が出来る様な流れを可視化する方法及び装置の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の流れを可視化する方法によれば、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給工程と、シート状に整形されたレーザー光を照射するレーザ照射工程と、トレーサがレーザ光を照射されてレーザ誘起蛍光を発した状態を観察する工程とを含み、前記トレーサ供給工程では、トレーサが測定場に供給される直前に圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網を通過してトレーサが保有しているヘッドが圧力損失によって消失するようになっている。
【0009】
また本発明の流れを可視化する装置によれば、シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構と、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構とを有し、該トレーサ供給機構は、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給通路と、該トレーサ供給通路の先端に設けられた圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網とを備えている。
【0010】
本発明の実施に際して、トレーサとしては、例えば一酸化窒素が好ましい。
【0011】
かかる構成を有する本発明によれば、例えばボンベのような供給源から前記トレーサ供給機構を介して供給されたトレーサ(例えば一酸化窒素)は、測定場に供給される直前に、前記圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造を通過する。その際に、例えばボンベ内の圧力等にによりトレーサに対して付加されたヘッドは、圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造を通過する際に、その高い圧力損失と相殺して、消失する。
【0012】
そのため、前記圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網を通過して測定場内に供給されたトレーサは、それ自体は殆ど流速を有し得ない。そのため、可視化して測定するべき流れが、トレーサの噴出流れにより撹乱される事が防止されるのである。
【0013】
その結果、シート状のレーザー光が照射されるとトレーサがレーザ誘起蛍光を発し、それを紫外域に感度を有するカメラ等の手段で撮影すれば、流れの可視化が行われる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に付いて説明する。
図1、図2は本発明の第1実施形態にかかる流れを可視化する装置を示している。図1において、全体を符号10で示す本発明の第1実施形態にかかる流れを可視化する装置は、パルス状にレーザー光LOを射出するレーザ11と、レーザ11から射出されたレーザー光LOをシート状のパルスレーザー光に整形するためのレンズ群12とを備えており、レンズ群12によりシート状に整形されたレーザー光LSは測定場13に入射される。
【0015】
また前記装置10は、一酸化窒素(NO)のボンベ16を有しており、ボンベ16はチューブ14(トレーサを測定場に供給するトレーサ供給通路)と接続している。このチューブ14は、その先端が測定場13に位置しており、該先端とボンベ16との間の領域にON−OFF弁として作用する電磁弁15が介装されている。
ここで、レーザ11、レンズ群12は、「シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構」を構成し、チューブ14、電磁弁15、一酸化窒素ボンベ16は「トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構」を構成する。
【0016】
一酸化窒素は、前述した通りレーザ誘起蛍光を発して所謂トレーサととして作用する。また、電磁弁15のON−OFFのタイミングは、レーザ11から射出或いは照射されるパルスレーザの射出(照射)タイミングに同期するように制御される。
なお、符号17は、シート状レーザー光LSが照射されて、トレーサである一酸化窒素が誘起蛍光を発行した状態を記録するためのカメラを示している。
【0017】
ここまでの構成は従来技術と概略同様であるが、図1及び図2の実施形態においては、特に図2において明確に示されているように、チューブ14の先端(測定場側の先端)に、「圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造」として多孔質部材20が取り付けられている。
【0018】
ボンベ16から供給された一酸化窒素は、電磁弁15が「開(或いはON)」状態となった時にチューブ14の先端から測定場13内へ噴出するが、ボンベ16内の圧力により(測定場13内に噴出するべき)一酸化窒素に付加されたヘッドは、多孔質部材20を通過する際に圧力損失により消失する。
そのため、多孔質部材20を通過して測定場13内に供給された一酸化窒素(図2において、符号GLで示す)は、それ自体は殆ど流速を有していない。そのため、可視化して測定するべき流れ(図2において、符号tで示す流線を持つ流れ)が、一酸化窒素の流れにより撹乱される事が無い。
そして、シート状のレーザー光LSが照射されると一酸化窒素がレーザ誘起蛍光を発し、それをカメラ17(観察工程を行う観察手段)で撮影して、流れの可視化が行われる。
【0019】
ここで、図1及び図2の実施形態では、チューブ14の先端には多孔質部材20が取り付けられているが、それに変えて、比較的目が細かい金属製網をチューブ14に設けても良い。この場合においても、当該「比較的目が細かい金属製網」は「圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造」として、一酸化窒素が保有するヘッドを損失せしめ、可視化して測定するべき流れが当該一酸化窒素の噴出により撹乱される事を防止する作用を奏する。
【0020】
図3は本発明の第2実施形態にかかる流れの可視化装置を示している。全体を符号30で示す流れを可視化する装置は、図1、図2で示す第1実施形態と概略同様な構成を有しているが、レーザー光LOを射出(照射)するためのレーザ31が、色素レーザ或いはオプティカルパラメトリック発振機(以下、「OPO」と略記する)を有するOPOシステムとして構成されている。
【0021】
そして、レーザ31を色素レーザ或いはOPOシステムとした事により、レーザ31においては、「励起」と「波長選択して発振」という作用が行われ、測定場13の温度に合わせて、最適な一酸化窒素の振動エネルギー準位を使用する事が出来る。例えば、226nm付近の振動エネルギー準位が比較的低い数値にかかる遷移を用いれば、火炎中等の高温領域に限定されること無く、室温或いは常温の比較的低温の測定場であっても、流れの可視化が可能となる。そのため、流れ場の観察、測定に非常に効果的である。
【0022】
なお、図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を制限する趣旨のものではない事を付記する。
【0023】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
【0024】
(1) 可視化して測定するべき流れが、測定場に供給される一酸化窒素の流れにより撹乱される事が防止される。
(2) 一酸化窒素がレーザ誘起蛍光を発し、流れの可視化が好適に行われる。
(3) 従来の流れの可視化装置に対して、大幅な改造を施す必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のブロック図。
【図2】図1の矢印F2部分の拡大図。
【図3】本発明の第2実施形態のブロック図。
【図4】従来の流れを可視化する装置のブロック図。
【図5】図4の矢印F5部分の拡大図。
【符号の説明】
10、30…流れを可視化する装置
LO…レーザー光
1、11、31…レーザ
LS…シート状のパルスレーザー光
2、12…レンズ群
3、13…測定場
4、14…チューブ
5、15…電磁弁
6、16…一酸化窒素ボンベ
7、17…カメラ
20…多孔質部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a method and an apparatus for visualizing a flow for visualizing various flows and observing and studying the behavior and the like.
[0002]
[Prior art]
A conventional technique for visualizing the flow is shown in FIGS. In FIG. 4, a laser beam LO emitted in a pulse form from a
[0003]
"Combustion Science and Technology (1996) Vols. 116-117", pp. 541 to 566, "Combustion Science and Technology" (1996), Vol. 116-117, "Design and Optimization of Combustion System". -Based Non-Contact Diagnostic Tools Using a Laser (New Non-Invasive Laser Diagnostic Tools for Design and Optimization of Technology, Appl. Andresen, M. Malobabic, A. Schmidt). A nitric oxide emits laser induced fluorescence the laser light is irradiated, the laser-induced fluorescence, visualization is possible by capturing a camera having sensitivity in the ultraviolet region. Therefore, if nitrogen oxide is mixed into the flow to be visualized and observed and irradiated with laser light, it acts as a tracer by laser-induced fluorescence, and if it is photographed by a
[0004]
Such visualization of the flow is very effective for observing or measuring the flow field in general, and is particularly effective for observing and measuring the combustion field.
[0005]
However, since the
[0006]
Then, as a result of the emission of nitric oxide GL, the flow to be visualized represented by the streamline t in FIGS. 4 and 5 is disturbed near the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been proposed in view of the prior art as described above, and when a tracer is added, a method for visualizing a flow such that a flow field can be prevented from being disturbed thereby. It is intended to provide equipment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the method of visualizing the flow of the present invention, a tracer supply step of supplying a tracer to a measurement site, a laser irradiation step of irradiating a sheet-shaped laser beam, and a laser-induced irradiation of the tracer with the laser beam Observing the state of emitting fluorescence, wherein the tracer supplying step includes a porous member or a metal net for reducing the flow velocity due to a high pressure loss immediately before the tracer is supplied to the measurement site. The head held by the tracer passing therethrough is lost due to the pressure loss.
[0009]
Further, according to the apparatus for visualizing the flow of the present invention, it has a laser irradiation mechanism for irradiating laser light shaped into a sheet, and a tracer supply mechanism for supplying a tracer to a measurement site, and the tracer supply mechanism includes: A tracer supply passage for supplying the tracer to the measurement site, and a porous member or a metal net provided at the tip of the tracer supply passage for reducing the flow velocity due to a high pressure loss.
[0010]
In practicing the present invention, the tracer is preferably, for example, nitric oxide.
[0011]
According to the present invention having such a configuration, a tracer (for example, nitric oxide) supplied from a supply source such as a cylinder via the tracer supply mechanism can reduce the pressure loss immediately before being supplied to the measurement site. It passes through a structure that slows down the flow velocity at higher altitudes. At that time, for example, the head added to the tracer due to the pressure in the cylinder, etc., disappears when passing through a structure that reduces the flow velocity due to a high pressure loss and cancels the high pressure loss. I do.
[0012]
Therefore, the tracer supplied into the measurement field through the porous member or the metal net for reducing the flow velocity due to the high pressure loss can hardly have a flow velocity by itself. This prevents the flow to be visualized and measured from being disturbed by the jet flow of the tracer.
[0013]
As a result, when the sheet-like laser light is irradiated, the tracer emits laser-induced fluorescence, and the flow is visualized by photographing it with a means such as a camera having sensitivity in an ultraviolet region.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an apparatus for visualizing a flow according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an apparatus for visualizing a flow according to a first embodiment of the present invention, which is denoted by
[0015]
The
Here, the
[0016]
Nitric oxide emits laser-induced fluorescence as described above and acts as a so-called tracer. The ON / OFF timing of the
[0017]
The configuration up to this point is substantially the same as that of the prior art, but in the embodiments of FIGS. 1 and 2, the end of the tube 14 (the end on the measurement field side) is particularly provided as clearly shown in FIG. The
[0018]
Nitrogen monoxide supplied from the
Therefore, nitric oxide (indicated by GL in FIG. 2) supplied into the
Then, when the sheet-like laser light LS is irradiated, the nitric oxide emits laser-induced fluorescence, which is photographed by the camera 17 (observation means for performing an observation step), and the flow is visualized.
[0019]
Here, in the embodiment of FIGS. 1 and 2, the
[0020]
FIG. 3 shows a flow visualization device according to a second embodiment of the present invention. An apparatus for visualizing the flow indicated by reference numeral 30 has a configuration substantially similar to that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 except that a
[0021]
When the
[0022]
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not intended to limit the technical scope of the present invention.
[0023]
【The invention's effect】
The functions and effects of the present invention are listed below.
[0024]
(1) The flow to be visualized and measured is prevented from being disturbed by the flow of nitric oxide supplied to the measurement site.
(2) Nitric oxide emits laser-induced fluorescence, and flow visualization is preferably performed.
(3) There is no need to significantly modify the conventional flow visualization device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of an arrow F2 part in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a conventional apparatus for visualizing a flow.
FIG. 5 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow F5 in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
10, 30: Device for visualizing the flow LO:
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