JP5631174B2 - シーディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、シーダーのノズルから空気と共に噴出するトレーサ粒子を風洞内に供給するシーディング装置に関する。

水を霧化する加湿器や燃料を霧化する燃焼器に使用される霧化装置において、加圧した液体をノズルから径方向外向きに噴出させ、この液体をノズルを囲むように配置された円筒状の衝突体の内周面に垂直に衝突させることで微小な液滴を発生させるものが、下記特許文献１により公知である。

実公昭６３−３１７１５号公報

ところで、風洞実験において、シーディング装置から空気中に直径が数μｍ程度の微小な油滴よりなるトレーサ粒子を供給し、このトレーサ粒子にレーザー光を照射した反射光をカメラで撮像することで、物体の周囲の空気流を可視化する粒子画像流速測定法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry）が知られている。

かかる粒子画像流速測定法を用いた風洞実験を行うと、シーディング装置が発生したトレーサ粒子が空気と共に流れて風洞の壁面や床面に付着するため、付着したトレーサ粒子を脱脂剤を用いて取り除く清掃作業に多くの時間とコストを必要とする問題があった。

トレーサ粒子の直径が４μｍ以上になると風洞の壁面や床面に付着し易くなることが知られており、トレーサ粒子の直径を４μｍ未満に抑えることができれば、付着するトレーサ粒子の量を大幅に減らして清掃作業の簡素化が可能になると考えられる。

しかしながら、上記特許文献１のものを含む従来のシーディング装置が発生するトレーサ粒子には種々の直径のものが含まれており、直径が４μｍ以上のトレーサ粒子の発生を防止することは困難であった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、風洞を汚損する原因となる大径のトレーサ粒子が含まれる割合を最小限に抑えることが可能なシーディング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シーダーのノズルから空気と共に噴出するトレーサ粒子を風洞内に供給するシーディング装置において、前記ノズルからのトレーサ粒子の噴出方向に対して傾斜する衝突面と、前記風洞内の空気の流れ方向の上流側で前記ノズルおよび前記衝突面を覆うとともに下流側に開口部が形成されたフードとを備え、前記ノズルから噴出したトレーサ粒子のうちの大径のトレーサ粒子は前記衝突面に衝突して捕捉されるとともに、小径のトレーサ粒子が前記フードの開口部から前記風洞内に供給され、前記フードの上端部から下端部に亘って上下方向に延びるように形成した前記開口部には、内向きに鈍角に折り曲げられたフランジが、該開口部の周縁に沿って該開口部の上端から下端まで延びるように形成され、前記フードの下端部には、捕捉されたトレーサ粒子の油滴を排出するドレン孔が形成されることを特徴とするシーディング装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記衝突面の傾斜角度は略４５°であることを特徴とするシーディング装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記フランジは、風洞内の空気流に臨む外表面が凹状となり且つ内面が凸状となるように湾曲していて、前記空気流により該外表面の下流側に発生した渦の一部が前記フランジの内面に沿って前記フード内の空気流の流れと逆向きに流れることを特徴とするシーディング装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記開口部の、前記衝突面の下流側に対向する位置よりも下側の部分を覆う遮蔽板が、前記フードに設けられることを特徴とするシーディング装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記開口部に臨む前記遮蔽板の上縁に、前記フードの内部に向かって折り曲げられた第２のフランジが形成されることを特徴とするシーディング装置が提案される。

請求項１の構成によれば、シーダーのノズルから空気と共にトレーサ粒子がフード内に噴出すると、前記空気はフードの衝突面に案内されて風洞内の空気の流れ方向の下流側に偏向してフードの開口部から風洞内に流出する。このとき、直径が大きいトレーサ粒子は慣性が大きいために偏向する空気に流されずに直進して衝突面に衝突し、そこに捕捉されて風洞内に供給されることが防止される。一方、直径が小さいトレーサ粒子は慣性が小さいために偏向する空気に流されて偏向し、衝突面に衝突して付着することなく風洞内に供給される。その結果、直径が大きいトレーサ粒子が風洞内に供給されるのを最小限に抑え、風洞の壁面や床面に直径が大きいトレーサ粒子が付着して汚損の原因となるのを防止することができる。

また、フードの上端部から下端部に亘って上下方向に延びるように形成した開口部には、内向きに鈍角に折り曲げられたフランジが、該開口部の周縁に沿って該開口部の上端から下端まで延びるように形成されるので、トレーサ粒子がフードの内面に付着して生成した油滴をフランジの内側に捕捉して、該フランジの内側からフードの下端部に向けて流下させることで、その油滴が開口部から風洞内に飛散するのを防止できる。しかもフードの下端部には、捕捉されたトレーサ粒子の油滴を排出するドレン孔が形成されるので、フード内に油滴が溜まるのを防止することができるだけでなく、その油滴を回収して再利用することができる。

また請求項２の構成によれば、衝突面の傾斜角度は略４５°であるので、大径のトレーサ粒子を効率良く捕捉することができる。

また請求項３の構成によれば、内向きに鈍角に折り曲げられたフランジが、風洞内の空気流に臨む外表面が凹状となり且つ内面が凸状となるように湾曲していて、前記空気流により該外表面の下流側に発生した渦の一部がフランジの内面に沿ってフード内の空気流の流れと逆向きに流れるので、フランジの内面に捕捉された油滴がフランジの端縁に向かって押し出されるのを抑制することができる。

また請求項４の構成によれば、フードの開口部の、衝突面の下流側に対向する位置よりも下側の部分を覆う遮蔽板が、フードに設けられるので、ノズルから噴出したトレーサ粒子のうち、衝突面に衝突せずに捕捉されなかった大径のトレーサ粒子が、フードの開口部から直接風洞内に供給されるのを阻止することができる。

また請求項５の構成によれば、遮蔽板の上縁に、フードの内部に向かって折り曲げられた第２のフランジが形成されるので、遮蔽板の内面にトレーサ粒子が衝突して生じた油滴が空気に押されて開口部から風洞内に飛散するのを防止することができる。

シーディング装置の斜視図。（第１の実施の形態） 図１の２−２線断面図。（第１の実施の形態） 図２の３−３線断面図。（第１の実施の形態） 衝突面の作用説明図。（第１の実施の形態） 図２および図３の５（Ａ）部拡大図。（第１の実施の形態） シーディング装置の斜視図。（第２の実施の形態）

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、風洞内にＤＯＳ（潤滑油系オイル）や、水およびグリセリンの混合物（以下、オイルという）を微粒子化したトレーサ粒子を供給するシーディング装置１１は、合成樹脂で一体成形したフード１２と、フード１２の底壁１２ａに設けられてトレーサ粒子を空気と共に噴出するシーダー１３とを備える。

フード１２は、平坦な底壁１２ａから鉛直方向上方に起立するフード本体部１２ｂを備えており、フード本体部１２ｂの上部は天井壁１２ｃで覆われる。フード本体部１２ｂの横断面は、風洞内の気流の乱れを最小限に抑えるべくＵ字状を成している。即ち、フード本体部１２ｂは、風洞における空気の流れ方向上流側が閉じており、空気の流れ方向下流側にフード１２の上端部から下端部に亘って上下方向に延びる開口部１２ｄが形成される。実施の形態では、フード本体部１２ｂの横断面形状には、対称翼型（ＮＡＣＡ００２５）の前半部分が採用されている。

フード１２の天井壁１２ｃは、フード本体部１２ｂの前縁から下流側に向かって斜め上方になだらかに湾曲しており、その内面に平坦な衝突面１２ｅが形成される。衝突面１２ｅは、シーダー１３からのトレーサ粒子の噴出方向Ｖ（鉛直方向）に対して、上流側が低くなり、下流側が高くなるように傾斜角度α＝４５°の角度で傾斜している。

フード１２の開口部１２ｄの周縁に沿って該開口部１２ｄの上端から下端まで延びるようにして、フード本体部１２ｂおよび天井壁１２ｃを内向きに折り曲げたフランジ１２ｆが形成される。図５（Ａ）に示すように、フード１２のフランジ１２ｆは、フード本体部１２ｂおよび天井壁１２ｃの下流端に対して鈍角βを成しており、かつ内側に向かって凸に湾曲している。尚、開口部１２ｄの下端、即ち底壁１２ａに臨む部分だけは、フランジがフード本体部１２ｂに対して直角に折り曲げられている。

またフード１２下端部の底壁１２ａの上流側部分にはドレン孔１２ｇが形成されており、このドレン孔１２ｇはオイル排出ホース１４を介してタンク１５に接続される。

フード１２の底壁１２ａの中央部分に設けられたシーダー１３は、その軸線Ｌ，Ｌを交差させた２個のノズル１６，１６を備える。各ノズル１６は、中心部に形成されたオイル通路１６ａと、オイル通路１６ａを囲むように形成された空気通路１６ｂとを備えており、オイル通路１６ａにはタンク１５内のオイルがオイルポンプ１７およびオイル供給ホース１８を介して供給されるとともに、空気通路にはエアコンプレッサ１９からの空気が空気供給ホース２０を介して供給される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

オイルポンプ１７でタンク１５から汲み上げられたオイルは、オイル供給ホース１８を介してシーダー１３の各ノズル１６のオイル通路１６ａに供給され、これと同時にエアコンプレッサ１９で圧縮された空気はシーダー１３の各ノズル１６の空気通路１６ｂに供給される。空気通路１６ｂの先端から噴出する空気でオイル通路１６ａの先端から噴出するオイルが微粒子化され、トレーサ粒子となって噴霧される。このとき、２個のノズル１６，１６が軸線Ｌ，Ｌを交差させるように配置されているため、両ノズル１６，１６から噴霧されたトレーサ粒子が相互に衝突し合い、更に小径のトレーサ粒子となって噴出方向Ｖに沿って上方に噴出する。このようにしてシーダー１３から噴出するトレーサ粒子には、直径が大きいものと直径が小さいものとが混在している。

図４に示すように、シーダー１３から上向きに噴出した空気は、その上方を遮るフード１２の衝突面１２ｅに案内されて風洞の空気の流れ方向の下流側に向かって９０°偏向し、フード１２の開口部１２ｄから風洞内に流出する。このとき、シーダー１３から上向きに噴出する空気に混合するトレーサ粒子も、空気と共に下流側に向かって偏向しようとするが、大径のトレーサ粒子は偏向し難いために衝突面１２ｅに衝突し、小径のトレーサ粒子は偏向し易いために衝突面１２ｅに衝突することなく、開口部１２ｄから風洞内に供給される。

その理由は、トレーサ粒子の慣性力はその質量に比例し、その質量は直径の３乗に比例するのに対し、トレーサ粒子が空気から受ける空気力はその表面積に比例し、その表面積は直径の２乗に比例するからである。つまり、トレーサ粒子の直径が例えば２倍になると、慣性力が８倍になるのに対して空気から受ける空気力は４倍にしかならず、直進性が増して偏向し難くなるからである。

このようにして、直径が４μｍ以上のトレーサ粒子の多くは衝突面１２ｅに衝突し、直径が４μｍ未満のトレーサ粒子と、直径が４μｍ以上のトレーサ粒子の極一部だけが、偏向した空気と共にフード１２の開口部１２ｄから風洞内の空気流の中に供給される。よって、風洞内の空気流の中に含まれるトレーサ粒子の大部分は直径が４μｍ未満となるため、風洞の壁面や床面に付着し難く、また付着しても僅かな量であるため、その清掃作業に要する時間および労力を大幅に節減してコストダウンに寄与することができる。

フード１２の衝突面１２ｅに衝突した直径が４μｍ以上のトレーサ粒子は、その衝突面１２ｅに付着して大きな油滴に成長し、フード本体部１２ｂの内面に沿って底壁１２ａまで流下し、そこに設けられたドレン孔１２ｇからオイル排出ホース１４を介してタンク１５に回収されて再利用される。

図５（Ａ）に示すように、フード本体部１２ｂの内面に付着した油滴の一部は、フード本体部１２ｂの内部で偏向する空気流に流されて下流側に流れ、フード本体部１２ｂとフランジ１２ｆとに挟まれた隅部１２ｈに捕捉される。隅部１２ｈに捕捉された油滴は、フード本体部１２ｂの内面に沿って流れる空気流（矢印ａ参照）によって、フランジ１２ｆの端縁に向かって押し出されようとするが、フランジ１２ｆはフード本体部１２ｂに対して鈍角βを成しており、かつフランジ１２ｆの外表面（風洞内の空気流に臨む面）は凹状に湾曲しているため、フード１２の下流側に発生した渦（矢印ｂ参照）の一部がフランジ１２ｆの内面に沿って流れ（矢印ｃ参照）、隅部１２ｈに捕捉された油滴がフランジ１２ｆの端縁に向かって押し出されるのを抑制する。その結果、隅部１２ｈに捕捉された油滴は風洞内に飛散することなく、開口部１２ｄの上端から下端まで延びるフランジ１２ｆに沿って底壁１２ａまで流下してドレン孔１２ｇから排出される。

図５（Ｂ）はフード１２がフランジ１２ｆを備えていない場合を示しており、フード本体部１２ｂの内面に沿って流れる空気流（矢印ａ参照）に押された油滴が、フード１２の下流側に発生した渦（矢印ｂ参照）によって下流側に吸い出されて風洞内に飛散することなる。

また図５（Ｃ）はフード１２のフランジ１２ｆ′がフード本体部１２ｂから内向きに直角に折り曲げられている場合を示している。この場合には、フード本体部１２ｂとフランジ１２ｆ′とに挟まれた隅部１２ｈ′に大量の油滴が捕捉されるだけでなく、フード１２の下流側に発生した渦（矢印ｂ参照）の影響が捕捉された油滴に及ばないため、フード本体部１２ｂの内面に沿って流れる空気流（矢印ａ参照）に押された油滴が風洞内に飛散することなる。

図２に鎖線で示すように、フード１２の高さ（シーダー１３から衝突面１２ｅまでの距離）は、シーダー１３のノズル１６，１６からの空気およびトレーサ粒子の噴出速度に応じて適切な高さに設定される。

即ち、空気およびトレーサ粒子の噴出速度が大きい場合には、フード１２の高さが低すぎると、直径が小さいトレーサ粒子まで衝突面１２ｅに衝突して捕捉されてしまうだけでなく、衝突面１２ｅに衝突して捕捉された直径が大きいトレーサ粒子の油滴が、強い空気流によって再び吹き飛ばされて風洞内に供給されてしまう可能性がある。

一方、空気およびトレーサ粒子の噴出速度が小さい場合には、フード１２の高さが高すぎると、トレーサ粒子の慣性力が重力によって弱まるために、直径が大きいトレーサ粒子でも衝突面１２ｅに到達することができず、空気流によって偏向して風洞内に供給されてしまう可能性がある。

以上のように、本実施の形態によれば、シーダー１３から噴出する種々の直径のトレーサ粒子のうち、直径が大きいトレーサ粒子をフード１２で捕捉して回収し、直径が小さいトレーサ粒子だけを選択して風洞内に供給することができるので、直径が大きいトレーサ粒子が風洞の壁面や床面に付着するのを最小限に抑えることができる。

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態のフード１２は、該フード１２の上端部から下端部に亘って上下方向に延びる開口部１２ｄが下流側の全面に開口しているが、第２の実施の形態のフード１２は、開口部１２ｄの、前記衝突面１２ｅの下流側に対向する位置よりも下側の部分は遮蔽板２１で覆われている。

その理由は、開口部１２ｄがフード１２の下流側の全面で開口していると、シーダー１３のノズル１６，１６から噴出したトレーサ粒子のうち、下流側に向かって噴出したものがフード本体部１２ｂの内面にも衝突面１２ｅにも衝突せず、直径が大きいトレーサ粒子が開口部１２ｄを通過して直接風洞内に供給されてしまう確率が増加するからである。本実施の形態では、遮蔽板２１を設けたことで、シーダー１３のノズル１６，１６から下流側に向かって噴出したトレーサ粒子を遮蔽板２１に衝突させ、直径が大きいトレーサ粒子を遮蔽板２１で捕捉して風洞内に供給されるのを阻止することができる。

尚、第２の実施の形態では、遮蔽板２１の下縁と底壁１２ａとの間に第２の開口部１２ｉが形成されているが、この第２の開口部１２ｉは、底壁１２ａに付着した油滴の清掃やシーダー１３のメンテナンスを容易にするためのものであり、省略することも可能である。またフード１２の開口部１２ｄに臨む遮蔽板２１の上縁に、フード１２の内部に向かって折り曲げられた第２のフランジを形成すれば、遮蔽板２１の内面にトレーサ粒子が衝突して生じた油滴が空気に押されて該遮蔽板２１の内面に沿って上向きに流れ、開口部１２ｄから風洞内に飛散するのを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では衝突面１２ｅの傾斜角度αを４５°に設定しているが、その角度は４５°に限定されるものではない。

また実施の形態では２個のノズル１６，１６の軸線Ｌ，Ｌを交差させたシーダー１３を例示したが、他の任意の構造のシーダー１３を採用することができる。

１２ フード
１２ｄ 開口部
１２ｅ 衝突面
１２ｆ フランジ
１２ｇ ドレン孔
１３ シーダー
１６ ノズル
２１ 遮蔽板
Ｖ トレーサ粒子の噴出方向
α 衝突面の傾斜角度
β 鈍角

Claims (5)

1. シーダー（１３）のノズル（１６）から空気と共に噴出するトレーサ粒子を風洞内に供給するシーディング装置において、
   前記ノズル（１６）からのトレーサ粒子の噴出方向（Ｖ）に対して傾斜する衝突面（１２ｅ）と、前記風洞内の空気の流れ方向の上流側で前記ノズル（１６）および前記衝突面（１２ｅ）を覆うとともに下流側に開口部（１２ｄ）が形成されたフード（１２）とを備え、
   前記ノズル（１６）から噴出したトレーサ粒子のうちの大径のトレーサ粒子は前記衝突面（１２ｅ）に衝突して捕捉されるとともに、小径のトレーサ粒子が前記フード（１２）の開口部（１２ｄ）から前記風洞内に供給され、
   前記フード（１２）の上端部から下端部に亘って上下方向に延びるように形成した前記開口部（１２ｄ）には、内向きに鈍角（β）に折り曲げられたフランジ（１２ｆ）が、該開口部（１２ｄ）の周縁に沿って該開口部（１２ｄ）の上端から下端まで延びるように形成され、
   前記フード（１２）の下端部には、捕捉されたトレーサ粒子の油滴を排出するドレン孔（１２ｇ）が形成されることを特徴とするシーディング装置。
2. 前記衝突面（１２ｅ）の傾斜角度（α）は略４５°であることを特徴とする、請求項１に記載のシーディング装置。
3. 前記フランジ（１２ｆ）は、風洞内の空気流に臨む外表面が凹状となり且つ内面が凸状となるように湾曲していて、前記空気流により該外表面の下流側に発生した渦の一部が前記フランジ（１２ｆ）の内面に沿って前記フード（１２）内の空気流の流れと逆向きに流れることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のシーディング装置。
4. 前記開口部（１２ｄ）の、前記衝突面（１２ｅ）の下流側に対向する位置よりも下側の部分を覆う遮蔽板（２１）が、前記フード（１２）に設けられることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のシーディング装置。
5. 前記遮蔽板（２１）の上縁に、前記フード（１２）の内部に向かって折り曲げられた第２のフランジが形成されることを特徴とする、請求項４に記載のシーディング装置。

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