JP4445679B2

JP4445679B2 - 流体表面近傍部分加速装置

Info

Publication number: JP4445679B2
Application number: JP2001041261A
Authority: JP
Inventors: 志郎松井; 敏彦川島; 理一小倉
Original assignee: 株式会社西日本流体技研
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002243580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば流力試験用回流水槽の計測部における回流水の上面（自由表面）近傍部分で生じる流速低下を補償する流体表面近傍部分加速装置に係り、特に、加速の際に流路の幅方向に発生する不均一な流れを抑制するようにした流体表面近傍部分加速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の流体表面近傍部分加速装置に関する従来技術として、本願の出願人は特公昭６２−２３８０５を発明している。
即ち、この特公昭６２−２３８０５の流体表面近傍部分加速装置は、流体の表面近傍部分を加速するための装置であって、加速すべき第１流体の表面の外側にその第１流体と連通する状態に加速用第２流体を充当するための区画を内部に形成したケースを設けると共に、前記第２流体の少なくとも一部を前記第１流体の表面に実質的に沿わせ且つその第１流体に対して相対速度を有せしめる状態で流動させるための流体加速機構を設け、もって、前記両流体同士の間の相対速度差に基づいて生ずる流体間粘性摩擦力を利用して前記第１流体の表面の近傍部分を加速すべく構成したものからなっている。
具体的には、特公昭６２−２３８０５の流体表面近傍部分加速装置は、例えば、流路を流れる第１流体と連通する開口を筒芯方向に形成した円筒状ケースを流路の幅方向に配置し、円筒状ケースの内部にその内径より小さな外径を有する回転円柱からなる流体加速機構を備え、円筒状ケースと流体加速機構との区画内に加速用第２流体を充当した構成からなっている。
そして、この構成により、特公昭６２−２３８０５の流体表面近傍部分加速装置は、それ以前の従来装置において生じがちであった水切板の振動とか水没回転固体物後流側における剥離現象等に起因する流れの乱れといったような問題を全く惹起すること無く、対象流体の表面近傍をスムーズに加速し得て、非常に規則的な流体表面近傍加速流を生じさせることができる利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特公昭６２−２３８０５の流体表面近傍部分加速装置にあっては、前述したような利点を有している一方で、回転円柱からなる流体加速機構の軸芯方向、つまり流路の幅方向に不均一な流れが発生している。原因は未だ特定されていない。
考えられる原因として、例えば、回転円柱の側周面が完全な側周面に製作されてなく、その表面が微小な凹凸面であったり、微小な傾斜面であったりが考えられる。また、第１流体や加速用第２流体による圧力や衝撃などによって回転円柱の側周面が微小に変形することが考えられる。さらに、回転円柱に作用する重力によって微小に撓むことなどが考えられるが、原因は特定されていない。
そして、完全な回転円柱の側周面の製作が不可能であり、しかも重力が作用し、且つ完全な剛体が存在しない以上、技術的に流路の幅方向に不均一な流れを生じさせないような流体加速機構は不可能に近いと考えられる。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、加速用第２流体を第１流体の加速方向に対して直交方向の流路幅方向に遮断する抑制板によって、加速の際に流路の幅方向に発生する不均一な流れを抑制することのできる流体表面近傍部分加速装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、流路を流れる第１流体と連通する開口を筒芯方向に形成した円筒状ケースを流路の幅方向に配置し、円筒状ケースの内部にその内径より小さな外径を有する回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構を備え、円筒状ケースと流体加速機構との区画内に加速用第２流体を充当した流体表面近傍部分加速装置において、前記流体加速機構の回転軸を前記円筒状ケースの中心より下側に偏位した位置で軸支し、前記第２流体を前記第１流体の加速方向に対して直交方向に遮断する抑制板を、前記円筒状ケースの下部側に形成された前記開口を除いて、前記円筒状ケースの筒芯方向に適当間隔で、回転する前記流体加速機構に接触しない程の隙間をあけて当該流体加速機構の外周に沿って、当該円筒状ケースの内周側に突設した手段よりなるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は流体表面近傍部分加速装置の概略正面の断面図、図２は流体表面近傍部分加速装置の概略平面の断面図、図３は流体表面近傍部分加速装置の抑制板上の概略断面図、図４は流体表面近傍部分加速装置の概略作用説明図である。
【０００８】
図において、１は加速すべき対象流体である第１流体２（簡単のためにここでは静止流体と考える）の表面（この例では上面）である。この第１流体２が流れる流路３には、該流路３の幅方向に円筒状ケース４が配置されている。
【０００９】
円筒状ケース４は、第１流体表面１の上側に配置され、その両端は閉塞されている。円筒状ケース４はこの第１流体表面１に連通する開口５が形成されている。開口５は円筒状ケース４の下部側に形成され、又円筒状ケース４の筒芯方向つまり流路３の幅方向に形成されている。円筒状ケース４の開口５は第１流体表面１に密着する状態に形成されている。円筒状ケース４はその両端が流路３の両幅端側に支持されている。
【００１０】
円筒状ケース４内には、この円筒状ケース４の内径よりも小さな外径を有する流体加速機構６が備えられている。流体加速機構６は例えば回転円柱又は回転円筒からなる。回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構６は、第１流体表面１に平行に、又流路３の幅方向に取付けられ、その両端の回転中心部には回転軸６ａがそれぞれ軸設されている。両端に軸設された各回転軸６ａは、円筒状ケース４の両端に回転自在に軸支されている。
【００１１】
流体加速機構６の一方側の回転軸６ａは、増速機７を介して駆動モーター８に連動連結されており、駆動モーター８から駆動力により流体加速機構６は回転軸６ａを回転中心として回転する。
【００１２】
この例では、流体加速機構６の回転軸６ａは、円筒状ケース４の中心より下側に偏位した位置で軸支されている。例えば、円筒状ケース４の内径が２６０mm、回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構６の外径が２１２mmとした場合に、流体加速機構６の最下側面が第１流体表面１より４mm程上側に位置するように下側に偏位した位置に、流体加速機構６の回転軸６ａは円筒状ケース４の両端に軸支されている。
【００１３】
円筒状ケース４はその最上部側面の外側には密閉された気泡溜部４ａが形成され、円筒状ケース４の最上部側面には気泡溜部４ａに通じる気泡抜き４ｂが形成されている。この円筒状ケース４の内側で且つ流体加速機構６の外側となる空間には加速用第２流体９が充当されるが、この加速用第２流体９に気泡が混入した場合に、この気泡抜き４ｂを通じて加速用第２流体９内の気泡が抜ける。
【００１４】
円筒状ケース４の内周側には、加速用第２流体９を前記第１流体２の加速方向に対して直交方向、つまり流路３の幅方向に遮断する抑制板１０が突設されている。抑制板１０は流体加速機構６を回転させて流体加速機構６の外周の加速用第２流体９を回転させ、第１流体２の加速の際に流路３の幅方向に発生する不均一な流れを抑制する機能を果たすものである。
【００１５】
抑制板１０は回転する回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構６に接触しない程の隙間、例えば５mm程の隙間をあけて流体加速機構６の外周に沿って取付けられている。第１流体表面１に連通する円筒状ケース４の開口５には抑制板１０は突設されていない。
【００１６】
抑制板１０は環状でなく、円筒状ケース４の開口５部分は同様に開放されていて開ループ状になっている。又抑制板１０の円筒状ケース４又は流体加速機構６の断面半径方向に対する長さは、最上部側が長く、最下部側の開口５に向かって徐々に短くなっており、開口５では長さゼロで開放されている。
【００１７】
抑制板１０は流路３の幅方向に適当間隔で１個或いは２個以上取付けられている。抑制板１０の取付け個数は流路３の幅長さや、円筒状ケース４の内径、流体加速機構６の外径などによって変わる。
【００１８】
また、抑制板１０の適当間隔は、第１流体２の流速、流体加速機構６の回転速度、外径、長さなどによって、微妙に変わり、最適な間隔は実験によって得られる。各抑制板１０は円筒状ケース４の内周側に例えば螺子などによって固定されるが、流路３の幅方向に移動自在にすることも可能である。
【００１９】
円筒状ケース４の内周側に適当間隔で突設された複数の抑制板１０は互いに平行に取付けられ、また、第１流体２の流れに平行に取付けられている。抑制板１０には、例えば厚みが５mmの板が使用されている。
【００２０】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
先ず、円筒状ケース４の内周側と回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構６の外周側との空間部分に、図示しない真空ポンプによって加速用第２流体９を吸引して充当する。
【００２１】
続いて、駆動モーター８を駆動させて、駆動モーター８の駆動力により増速機７を介して流体加速機構６の回転軸６ａを回転させる。外周側が加速用第２流体９で充当された回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構６は高速で回転する。
【００２２】
流体加速機構６が高速で回転すると、その外周側に充当された加速用第２流体９も流体加速機構６の外周側に沿って回転流動する。加速すべき第１流体２に対して相対速度を有する加速用第２流体９を第１流体表面１に沿わせて流体加速機構６により流動させることにより、それら両流体同士の間の相対速度差に基づいて生じる流体間粘性摩擦力という自然現象を利用して第１流体表面１近傍をスムーズに加速することができ、非常に規則的な流体表面近傍加速流を生じさせることができる。
【００２３】
このとき、原因は特定されていないが、回転する流体加速機構６の外周側を流動する加速用第２流体９によって、第１流体表面１には流体加速機構６の軸芯方向、つまり流路３の幅方向に不均一な流れが発生しようとする。
【００２４】
しかし、回転する流体加速機構６の外周側となる円筒状ケース４の内周側には、適当間隔で抑制板１０が突設されており、この抑制板１０が加速用第２流体９の流路３の幅方向への流動を阻止するため、加速の際に流路３の幅方向に発生する第１流体表面１の不均一な流れを抑制することができる。
【００２５】
なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。例えば、上記実施の形態では、流体表面近傍部分加速装置は、加速すべき第１流体２として静止流体および流動流体の何れをも対象とし得ると共に、その対象流体である第１流体２の上面のみならず側面や底面といった任意の位置における表面に対して適用可能であり、また、ここでは特にその具体的用途は限定していないが、例えば、風による界面表面近傍流の模擬とか、管内流速分布の均一化とか、流体中にある物体の表面における剥離線の移動といったような種々の目的のために利用可能であり、その他、現在は具体的に考えられてはいなくても、特に流体に係る精密計測分野や物理現象シュミレーション分野において将来はより一層広く利用し得る可能性がある原理的（汎用的）な装置として位置付けられるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１の発明に係る流体表面近傍部分加速装置によれば、第１流体表面近傍をスムーズに加速することができ、非常に規則的な流体表面近傍加速流を生じさせることができると共に、円筒状ケースの内周側に適当間隔で突設した抑制板が加速用第２流体の流路の幅方向への流動を阻止するため、加速の際に流路の幅方向に発生する第１流体表面の不均一な流れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す流体表面近傍部分加速装置の概略正面の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態を示す流体表面近傍部分加速装置の概略平面の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態を示す流体表面近傍部分加速装置の抑制板上の概略断面図である。
【図４】この発明の実施の形態を示す流体表面近傍部分加速装置の概略作用説明図である。
【符号の説明】
１第１流体表面
２第１流体
３流路
４円筒状ケース
４ａ気泡溜部
４ｂ気泡抜き
５開口
６流体加速機構
６ａ回転軸
７増速機
８駆動モーター
９加速用第２流体
１０抑制板

Claims

流路を流れる第１流体と連通する開口を筒芯方向に形成した円筒状ケースを流路の幅方向に配置し、円筒状ケースの内部にその内径より小さな外径を有する回転円柱又は回転円筒からなる流体加速機構を備え、円筒状ケースと流体加速機構との区画内に加速用第２流体を充当した流体表面近傍部分加速装置において、前記流体加速機構の回転軸を前記円筒状ケースの中心より下側に偏位した位置で軸支し、前記第２流体を前記第１流体の加速方向に対して直交方向に遮断する抑制板を、前記円筒状ケースの下部側に形成された前記開口を除いて、前記円筒状ケースの筒芯方向に適当間隔で、回転する前記流体加速機構に接触しない程の隙間をあけて当該流体加速機構の外周に沿って、当該円筒状ケースの内周側に突設したことを特徴とする流体表面近傍部分加速装置。