JPH0243131B2

JPH0243131B2 -

Info

Publication number: JPH0243131B2
Application number: JP6066780A
Authority: JP
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1990-09-27
Also published as: JPS56157834A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、「空気流れの可視化」の技術分野
に属し、空気流れの中に置かれた物体、例えば
“ビルデイング”、橋梁等の模型、自動車、航空機
あるいはその模型などのまわりの空気の流れを解
明するための装置に関するものである。

（従来の技術）流体中に置かれた物体に動く各種の力やモーメ
ントを調べる装置としては周知の如く風洞がある
風洞ではこれに飛行機あるいはその模型等を装着
して風を送り込み、これに動く各種の力やモーメ
ントを測定するが、飛行機の模型の代りに翼形の
模型を装着して測定することも多い。しかし風洞
を用いた実験では模型に働く力やモーメントを精
密に測定することはできるが、各種の模型に作用
する気体の流れ工合は気流糸などを模型表面に貼
布することなしに眼で見ることはできない。

これを見易くするための創案されたのが煙風洞
（例えば浅沼強編「流れの可視化ハンドブツク」
第62頁、第175頁東京都新宿区新小川町２−10、
朝倉書店発行）である。風洞では空気を用いるの
で、その流れの様子を眼で見ることはできない
が、煙風洞の場合は空気の流れの内に煙の線を流
すことによつて、例えば翼型模型の上下両面に分
かれて、どのような工合に空気が流れるかを視る
ことができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、煙風洞では煙を連続して模型に流し続
けるのであるから、煙風洞内の煙の流れも連続し
た流れとなり、したがつて模型に応じて煙の流れ
工合がどのようになるかという流れの経路（流
脈）を知ることができるにすぎない。要するに従
来の煙風洞は煙の流れの工合、すなわち、流れの
経路を視るのが主目的であつて、例えば水流にお
ける水素気泡法（前記ハンドブツク第265頁）空
気流におけるスモークワイヤ法（前記ハンドブツ
ク第300頁）のようにトレーサを断続的に発生さ
せることによつて時間線（タイムライン）を作り
流れを定量的に測定することはできない。

（問題点を解決するための手段）この発明は、煙風洞の可視的価値を利用し、従
来の煙風洞の能力である流れの経路を知り得るだ
けに止まらず、さらに例えば翼形の上面と下面と
に分れて流れる煙の速度の大きさなど、流れの速
度変化をも可視化し、本来定性的なものである煙
風洞を一部定量的な測定をも可能ならしめんとす
るものであつて、すなわちその手段としては、煙
風洞の煙発生器に送られる圧縮空気の通路に側壁
付着形純流体素子のうち、単安定形のOR／NOR
素子を使つたパルス発生器を接続し、そのパルス
によつて断続した煙の流れを発生させて煙風洞に
送り込むことにより、煙の流れる経路だけでな
く、煙の速度および速度変化をも可視化するよう
になしたものである。

（作用）このように構成すると、煙発生器に送る圧縮空
気の空気管に連結したOR／NOR素子パルス発生
器は、主通路５、側路６、分岐部７、放流路８お
よび開放路９の組合せからなるものであるから前
記空気管から上記パルス発生器の主通路に進入し
た空気はコアンダ効果によつて流路の壁面に付着
して流れる性質上、主通路５の側壁に沿つて流れ
進むが、流入した空気の一部は主通路５に設けら
れた側路６にも入り、次第にその量を増し、これ
に伴い側路６内の空気圧も高くなり、そして側路
６内の空気圧が高まると、この空気は側路６の上
部と主通路５との分岐部７において放流路８を通
じて大気中に放出されて側路６内の圧力が降下す
る。そして側路６内の気圧が降下すると開放路９
から大気が進入し、今まで放流路８に流れ込んで
いた空気の流れを側方へ押して最初の通りに主通
路５に向つて流れ、主通路５にしばらく流入する
と、側路６に空気が溜まり、空気流を側方へ押し
て放流路８から流出するようになり、放流路８か
ら流れ出した後、再び元に戻つて主通路５に流れ
込むように反復作動するもので、この中には可動
部分は全く存在せず、空気流路の切換えは空気自
体の流れ関係から生じて主通路５に圧縮空気をパ
ルスとして通過せしめてケロシンガス溜めから導
いたケロシンガスの流出管からケロシンガスを吸
入させるもので、その作用の反復によつてケロシ
ンガスの煙をパルス波として断続して煙風洞に送
り込み、かくして煙の流れる経路だけでなく、煙
の速度や速度変化をも可視化できるようになした
ものである。

（実施例）図示の実施例について説明すれば、この発明は
圧縮空気供給部Ａ、パルス発生部Ｂ、ケロシンガ
ス発生部Ｃ、煙風洞Ｄの４主要部からなつている
このうちパルス発生部Ｂはそのすべてが純流体素
子である。

圧縮空気供給部Ａは、パルス発生部Ｂに圧縮空
気を送り込むための装置であるから、まず圧縮空
気発生機１が必要であつて、これにはコンプレツ
サーが最も有利であるが、場合によつては高圧空
気ボンベを用いることもできる。この圧縮空気発
生機１は、空気流量調整弁２を経て圧縮空気を空
気管４を通じてパルス発生部Ｂに送るが、その途
中に空気圧力計３を装置して、常に空気圧力が適
正な値を保つているか否かを監視する必要があ
る。

パルス発生部Ｂには最も正確でしかも防爆性に
優れた純流体素子を用いることは前記したとおり
であるが、純流体素子の種類は多種多様であるか
ら、目的に最も適したものを選んで用いることが
大切である。図面には側壁付着形純流体素子のう
ちのOR／NOR素子を使つたパルス発生器を用い
たので、これについて以下説明する空気は、コア
ンダ（Coanda）効果と称される法則に従つて、
流路の壁面に付着して流れ、外部からこの流れに
何等かの作用が働かない限り、そのまま安定した
流れとなつて流れ続けるものである。いま空気管
４から純流体素子（パルス発生部Ｂ）に流れ込ん
だ空気は、まずその主通路５の側壁を流れて進む
が、この主通路５には側路６を設けてあるので、
流入した空気の一部はこの側路６にも入り、次第
にその量を増し、これに伴つて側路６内の空気圧
も高くなる。側路６内の空気圧が高まると、この
中の空気は側路６の上部と主通路５との分岐部７
から吹き出し、空気管４から入つてきた圧縮空気
を分岐部７において図の右方に押すようになる。
このため空気は主通路５へは流れ難くなり、分岐
部７に開口した放流路８に入り大気中に放出され
る。

側路６内に蓄積された空気が分岐部７から右方
に出ると、側路６内の空気が減少し圧力が降下す
る。別に分岐部７から大気中に開放した開放路９
が設けられているので、側路６内の気圧が降下す
るとこの開放路９から大気が進入し、今まで放流
路８に流れ込んでいた空気の流れを図のように左
方へ押すようになる。このため押された空気は最
初の通りに主通路５に向つて流れる。主通路５に
しばらく流入すると、側路６に空気が溜まり、空
気流を右方に押して放流路８から流出するように
なる。放流路８から流れ出した後、再び元に戻つ
て主通路５に流れ込むようになる。

以上述べた主通路５、側路６、分岐部７、放流
路８および開放路９を組合せて総合したものが純
流体素子であつて、この中には可動部分は全く存
在していない。空気流路の切換えは、空気自体の
態様から生ずるもので、その作用は正確かつ耐久
性に優れ、空気管４からの圧縮空気を、ある時に
は主通路５へ、また次の瞬間には放流路８に導く
という作用を交互に行うものである。このことは
主通路５にパルスを発生させることになるのであ
つて、パルスの振動の周期は純流体素子の各部分
の長さや太さ、その他の条件によつて異るが、一
つの定つた純流体素子に基ずくパルス振動の周期
は常に一定であり、ある時には速く、またある時
には遅くなるような周期の変動は全く起るおそれ
はないものである。

ケロシンガス発生部Ｃでは、ケロシンタンク１
０に入れたケロシンを、ケロシン流量調節弁１１
を経て流管１２に流れ込ませ、途中に設けたヒー
ター１３で熱してケロシンを蒸発させてケロシン
ガスとなし、ケロシン溜め１４に貯蔵する。

また、圧縮空気の主通路５の先端を細く絞りベ
ンチユリー管１５として、この部分に上記ケロシ
ンガス溜め１４から導いた流出管１６の末端を開
口させる。

圧縮空気発生機１からの圧縮空気が純流体素子
の主通路５をパルスとして通過しベンチユリー管
１５に至ると、ケロシンガス溜め１４内のケロシ
ンガスが流出管１６を経てベンチユリー管１５内
に吸い込まれ、ここで空気と混合して濃い煙とな
つて煙風洞Ｄに送り込まれる。煙が発生するのは
圧縮空気がベンチユリー管１５を通る時だけ、す
なわち空気管４からの圧縮空気がパルス発生部Ｂ
（純流体素子）の主通路５を通るときだけで、次
の瞬間には空気管４からの圧縮空気は放流路８を
通つて大気中に放出されるから、このときにはベ
ンチユリー管１５には空気は通らないので煙は発
生しない。ベンチユリー管１５への圧縮空気の圧
縮空気の通過、不通過は純流体素子によつて制御
されるので、極めて正確な周期で作動するもので
ある。そのため煙風洞Ｄに送り込まれる煙は常に
一定の時間間隔で、しかも一定量ずつ正確に供給
される。また、パルスの周期すなわち振動数を変
更するには、側路６の長さを変えるとか、あるい
は空気管４内の圧力を変化させる等の手段によつ
てこれを変えることができる。

煙風洞Ｄは、煙の状態を視易くするため、前面
に透明なガラス板を張り、裏面に不透明な黒色の
板を張つた平らな箱形の煙箱１７を設け、これの
一方に煙を吐き出すノズル１８を設けるととも
に、内部に翼形模型１９などの必要な模型を置く
ものである。

煙は、圧縮空気がベンチユリー管１５を通過す
る時だけ、すなわちケロシンガスがガス溜め１４
から流出管１６を通じて吸い込まれたときだけ発
生し、そのままノズル１８から煙箱１７内に送り
込まれる。ベンチユリー管１５を通過する圧縮空
気は純流体素子によつて制御され、パルス波とし
てこれが通過するときだけ煙を発生し、ノズル１
８から煙箱１７内に送られるので、各パルス毎に
煙箱１７内に送り込まれる煙量は常に一定であ
る。

例えば、初めにノズル１８から噴出させた煙が
初回発生煙２０となつて、翼形模型１９の翼形上
面に在るとき、次のパルスで発生して煙箱１７内
に送られた煙、すなわち次回発生器２１と、さら
にその次に送り込まれた新煙２２との間には、空
白部２３が存在する。次回発生煙２１の長さを測
れば各回の煙の長さが判明し、た空白部２３の長
さを測ればパルス休止時を知ることができる。

初回発生煙２０が翼形模型１９の上面を通過す
る間に煙の長さは長くなる。同じ量の煙が長くな
るのはこの部分を流れる煙の速度が大きいから
で、この長さを測ればその速さを知ることができ
る。同様に翼形模型１９の下面を通過するは、そ
の速度は遅いことから、正常煙である次回発生煙
２１よりも短く測定されることになる。

煙箱１７内を通過する煙の速さは大きいから、
煙の長さなどを肉眼で視て計測することがむずか
しく、多くの場合写真撮影を行つて、この写真を
通して視るのが便利である。特にストロボスコー
プを用いて純流体素子の周期と一致した周期の照
明を用いて照射すれば、煙箱１７内にある煙のす
べてを静止している状態で視ることができる。

発明者が行つた実験の一例を記すと次の如くで
ある。すなわち、圧縮空気の圧力が１気圧で、純
流体素子によるパルスの周期が30ヘルツのとき煙
箱１７内の発生煙２１の長さ、すなわち正常煙の
長さが100mmであり、空白部２３の長さ100mmで正
常煙の速度は６ｍ／ｓであることを示している。

（発明の効果）この発明においては以上述べたとおり、純流体
素子を用いて圧縮空気を正確な周期を有するパル
ス波としてベンチユリー管１５を送つて、ここで
濃い煙を発生させて煙風洞Ｄに送り込むので、パ
ルスの各回における煙の送り出し量は一定で、か
つパルス毎に発煙させない時間があるので、煙を
断続的に正確に送り込むことができ、このため各
回の煙の長さを知ることが容易であり、したがつ
て翼形模型１９の上面を通過する煙の速度を知る
ことができる。しかもこの写真を撮影することに
よつて各部の速度変化をも容易に可視化できるな
ど、流体実験上、有力な効果を発揮する利益があ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明に係る純流体素子による煙の
断続流を用いた可視化装置の実施例を示した説明
図である。Ａ……圧縮空気供給部、Ｂ……パルス発生部、
Ｃ……ケロシンガス発生部、Ｄ……煙風洞、１…
…圧縮空気発生機、２……空気流量調整弁、３…
…空気圧力計、４……空気管、５……主通路、６
……側路、７……分岐部、８……放流路、９……
開放路、１０……ケロシンタンク、１１……ケロ
シン流量調節弁、１２……流管、１３……ヒータ
ー、１４……ケロシンガス溜め、１５……ベンチ
ユリー管、１６……流出管、１７……煙箱、１８
……ノズル、１９……翼形模型、２０……初回発
生煙、２１……次回発生煙、２２……新煙、２３
……空白部。

Claims

【特許請求の範囲】

１煙風洞の煙発生器に送られる圧縮空気の通路
に側壁付着形純流体素子のうち、単安定形の
OR／NOR素子を使つたパルス発生器を接続し、
そのパルスによつて断続した煙の流れを発生させ
て煙風洞に送り込むことにより、煙の流れる経路
だけでなく、煙の速度および速度変化をも可視化
することを特徴とする純流体素子による煙の断続
流を用いた可視化装置。