JPH0331394B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0331394B2 JPH0331394B2 JP59098551A JP9855184A JPH0331394B2 JP H0331394 B2 JPH0331394 B2 JP H0331394B2 JP 59098551 A JP59098551 A JP 59098551A JP 9855184 A JP9855184 A JP 9855184A JP H0331394 B2 JPH0331394 B2 JP H0331394B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow
- concentration
- flow field
- colloid
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 62
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 45
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 4
- 238000004141 dimensional analysis Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011328 necessary treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/001—Full-field flow measurement, e.g. determining flow velocity and direction in a whole region at the same time, flow visualisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、流れの挙動を三次元解析するための
手法の一つであつて、流体の流れ観察断面に対し
て直交する方向（以下、本明細書においては三次
元方向ともいう）の速度成分を測定する方法に関
する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is one of the methods for three-dimensional analysis of flow behavior. The present invention relates to a method for measuring a velocity component in a direction (hereinafter also referred to as a three-dimensional direction in this specification).
（従来の技術）
流れの挙動を観測する手段としては流れを可視
化することが最も一般的である。この流れの可視
化は、元来流れの剥離、渦の発生などを含む流れ
の状態や流れの方向といつたものを、おもな対象
とする定性的な観察にとどまるものが多かつた
が、最近では、いまだ十分な確度は期待できない
にしても、一応定量的な計測が可能となりつつあ
る。たとえば断続光を用いて得られるトレーサの
流跡から、またはトレーサの発生を電気的に制御
できる電気制御法などによるタイムラインから任
意の流れ場の流速分布を容易に求めることができ
るようになつてきた。(Prior Art) Visualizing the flow is the most common means of observing the behavior of the flow. Originally, this visualization of flow was mostly limited to qualitative observation, mainly focusing on flow conditions and flow direction, including flow separation and generation of vortices. Recently, it has become possible to perform quantitative measurements, although we cannot expect sufficient accuracy. For example, it has become possible to easily determine the flow velocity distribution of any flow field from a tracer trajectory obtained using intermittent light, or from a timeline using electrical control methods that can electrically control tracer generation. Ta.
（発明が解決しようとする課題）
しかし、従来の可視化方法によつて流れの挙動
を解析する場合、一般には写真などに記録された
トレーサの流跡などに基づいて行なわれるため、
平面的な流れ即ち二次元流における挙動を把持で
きるに止まり、旋回を伴う立体的な流れ即ち三次
元流のメカニズムを定量的に評価できるまでには
至つていない。(Problem to be Solved by the Invention) However, when analyzing flow behavior using conventional visualization methods, it is generally based on tracer trails recorded in photographs, etc.
It is only possible to grasp the behavior in a planar flow, that is, a two-dimensional flow, and it has not yet been possible to quantitatively evaluate the mechanism of a three-dimensional flow that involves swirling, that is, a three-dimensional flow.
更に詳述すると、ある時刻ｔ１で、ある点ｐ１
における流体の速度は、一般に、
Ｖ＝（Vx、Vy、Vz）
で表すことができ、このとき、各座標軸の速度成
分のベクトル和が作る最大速度方向（Ｖ方向）が
流れの方向の基本的な定義である。 More specifically, at a certain time t1, a certain point p1
The velocity of the fluid at can generally be expressed as V = (V x , V y , V z ), where the maximum velocity direction (V direction) created by the vector sum of the velocity components of each coordinate axis is the direction of the flow. This is the basic definition of
従つて、流れの挙動を観察しようとする観察断
面内に最大速度方向（Ｖ方向）が常に存在するた
めには、流れは一次元流（Vy＝Vz＝０）または
二次元流（Vz＝０）であることが必要であり、
この場合における速度測定方法は、既に特願昭57
−196097号において本願発明者らによつて詳述さ
れている。すなわち、流れ観察断面をｘ−ｙ平面
に一致させれば平面内の各点の速度を求めること
ができる。 Therefore, in order for the maximum velocity direction (V direction) to always exist within the observation cross section in which the flow behavior is to be observed, the flow must be one-dimensional (V y = V z = 0) or two-dimensional (V z = 0),
The speed measurement method in this case has already been proposed in a patent application filed in 1983.
-196097 by the inventors of the present application. That is, by aligning the flow observation cross section with the xy plane, the velocity at each point within the plane can be determined.
ところが、一般に流れの速度測定を行う際に
は、最大速度方向（Ｖ方向）は当然ながら未知で
あり、また、乱流条件下では最大速度方向（Ｖ方
向）が常に変化しているので時間平均処理を前提
として扱わなければならない。 However, when measuring flow velocity, the maximum velocity direction (V direction) is of course unknown, and under turbulent flow conditions, the maximum velocity direction (V direction) is constantly changing, so the time average must be treated as a prerequisite for processing.
従つて、流れが三次元流の場合に、その流れの
方向を知るための実際的な方法は、先ず、Vx、
Vy、Vzの各速度成分を測定し、次いで、これら
を合成して求めるものである。このことから、測
定を実施する以前に、流れ観察断面を三次元流の
流れ方向であるＶ方向と一致するように設定する
ことは事実上不可能である。 Therefore, when the flow is a three-dimensional flow, a practical way to know the direction of the flow is to first calculate V x ,
It is determined by measuring each velocity component of V y and V z and then combining these components. For this reason, it is virtually impossible to set the flow observation cross section to coincide with the V direction, which is the flow direction of the three-dimensional flow, before performing the measurement.
そこで、本発明は、流れ観察断面内を上下左右
に流動する流体の速度しか確認できなかつた従来
の手法（特願昭57−196097号）に対し、流れ観察
断面と直交する方向の速度成分を観察可能とせし
める三次元流の新しい速度測定方法を提供し、も
つて、流れの挙動の三次元解析を実現することを
目的とする。 Therefore, in contrast to the conventional method (Japanese Patent Application No. 196097-1987), which could only confirm the velocity of fluid flowing vertically and horizontally within the flow observation cross section, the present invention has developed a method that detects velocity components in the direction orthogonal to the flow observation cross section. The purpose of this study is to provide a new method for measuring the velocity of three-dimensional flows that makes them observable, and to realize three-dimensional analysis of flow behavior.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
斯かる目的を達成するための本発明は、均一な
濃度でコロイド粒子を含む気体コロイドによつて
流れ場を形成し、これに局所的に熱線をパルス状
に照射して前記コロイド粒子を断続的に加熱する
赤外加熱面と、前記流れ場に局所的に光を照射し
前記コロイド粒子で入射光を散乱させて可視化し
た可視面との二つの近接した流れ観察断面を、所
定距離隔てて平行に形成する一方、前記赤外加熱
面の前記コロイド粒子から放射される熱エネルギ
を赤外線センサによつて検出し前記赤外加熱面の
濃度変動を熱放射エネルギの強度から測定すると
共に、前記可視面をTVカメラで撮影して前記可
視面の濃度変動を散乱光の強度から測定し、各流
れ観察断面における濃度変動を同時に測定してこ
れらの間の濃度変動の時間的ずれを求め、この時
間をコロイド粒子群の二平面間の移動時間とし、
当該移動時間と前記所定距離とに基づいて前記流
れ観察断面と直交する方向の速度を求めることを
特徴とする流れ観察断面と直交する方向の速度測
定方向である。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention for achieving the above object forms a flow field with a gas colloid containing colloid particles at a uniform concentration, and locally applies a flow field to the gas colloid. an infrared heating surface that intermittently heats the colloidal particles by irradiating heat rays in a pulsed manner; and a visible surface that locally irradiates the flow field with light and scatters the incident light with the colloidal particles to make it visible. Two adjacent flow observation cross sections are formed in parallel with a predetermined distance apart, and an infrared sensor detects the thermal energy radiated from the colloid particles on the infrared heating surface to detect concentration fluctuations on the infrared heating surface. is measured from the intensity of thermal radiant energy, the visible surface is photographed with a TV camera, the concentration fluctuations on the visible surface are measured from the intensity of scattered light, and the concentration fluctuations at each flow observation cross section are simultaneously measured. Find the time shift of the concentration fluctuation between the two planes, and use this time as the travel time between the two planes of the colloidal particle group,
The velocity measurement direction in the direction perpendicular to the flow observation cross section is characterized in that the speed in the direction perpendicular to the flow observation cross section is determined based on the travel time and the predetermined distance.
（作用）
先ず、均一な濃度でコロイド粒子を含む気体コ
ロイドによつて流れ場を形成し、この流れ場に、
局所的な熱線をパルス状に照射してコロイド粒子
を断続的に加熱する赤外加熱面と、局所的な光を
照射してコロイド粒子で入射光を散乱させて可視
化した可視面との二つの近接した流れ観察断面
を、所定距離隔てて平行に形成する
次いで、赤外線センサによつて、赤外加熱面の
コロイド粒子から放射される熱エネルギを検出
し、赤外加熱面の濃度変動を熱放射エネルギの強
度から測定する。また、TVカメラによつて、可
視面を撮影し、可視面の濃度変動を散乱光の強度
から測定する。(Operation) First, a flow field is formed by gas colloids containing colloid particles at a uniform concentration, and in this flow field,
There are two types: an infrared heating surface that intermittently heats colloidal particles by irradiating local heat rays in pulses, and a visible surface that irradiates localized light and scatters the incident light with colloidal particles to make it visible. Proximity flow observation cross sections are formed in parallel at a predetermined distance. Next, an infrared sensor detects the thermal energy radiated from the colloidal particles on the infrared heated surface, and the concentration fluctuations on the infrared heated surface are detected as thermal radiation. Measured from the intensity of energy. In addition, the visible surface is photographed using a TV camera, and density fluctuations on the visible surface are measured from the intensity of scattered light.
この赤外加熱面の濃度変動と、可視面の濃度変
動とを同時に測定して、両者の濃度変動の時間的
ずれを求める。この時間的ずれは、コロイド粒子
群が、赤外加熱面と可視面との間を、これら流れ
観察断面に対して直交する方向に移動することに
よつて生じるものである。従つて、ずれ時間すな
わちコロイド粒子群の二平面間の移動時間と、赤
外加熱面と可視面との間の距離より、流れ観察断
面と直交する方向の速度が求まることになる。 The concentration fluctuations on the infrared heating surface and the concentration fluctuations on the visible surface are measured simultaneously to determine the time lag between the two concentration fluctuations. This time lag is caused by the colloidal particle group moving between the infrared heating surface and the visible surface in a direction perpendicular to these flow observation cross sections. Therefore, the velocity in the direction perpendicular to the flow observation cross section can be determined from the shift time, that is, the travel time between the two planes of the colloidal particle group, and the distance between the infrared heating surface and the visible surface.
（実施例）
以下、本発明の構成を図面に示す一実施例に基
づいて詳細に説明する。(Example) Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.
第１図に流れ場の三次元方向の流速を測定する
本発明方法を実施する実験装置の一例を概略図で
示す。この実験装置は、流れ場を再現するデル槽
１と、このモデル槽１にコロイド粒子４を混入さ
せた気体即ち気体コロイドを例えば底面から供給
する流体供給ユニツト２と、モデル槽１内の流れ
場に局所的な熱線５Ｈをパルス状に照射するスリ
ツト熱線源３Ｈ及び局所的な可視光５Ｖを照射す
るスリツト光源３Ｖ並びに流れ場の外において可
視化ないし加熱された流れ場の定性的、定量的情
報を検出する赤外線センサ２０ＨとTVカメラ２
０Ｖとから構成されている。尚、モデル槽１の底
面から導入された気体コロイドは、モデル槽１内
において流れ場を再現したのちモデル槽１の上方
の排気口６から図示しない排気管を通じてそのま
まの状態であるいは必要な処理を施した後排気さ
れる。また、気体コロイドのモデル槽１内への導
入位置及び方向には一切制限を受けない。 FIG. 1 schematically shows an example of an experimental apparatus for carrying out the method of the present invention for measuring the flow velocity in three-dimensional directions of a flow field. This experimental device consists of a del tank 1 that reproduces a flow field, a fluid supply unit 2 that supplies gas mixed with colloid particles 4, that is, a gas colloid, to the model tank 1 from the bottom, and a flow field inside the model tank 1. A slit heat ray source 3H that irradiates local heat rays 5H in a pulsed manner, a slit light source 3V that irradiates local visible light 5V, and qualitative and quantitative information of the flow field visualized or heated outside the flow field. Detecting infrared sensor 20H and TV camera 2
It consists of 0V. The gas colloid introduced from the bottom of the model tank 1 is passed through an exhaust pipe (not shown) from the exhaust port 6 above the model tank 1 after the flow field is reproduced in the model tank 1, either as it is or subjected to necessary treatment. After applying, it is exhausted. Further, there are no restrictions on the position and direction of introduction of the gas colloid into the model tank 1.
前記モデル槽１は、本実施例の場合、第１，４
図に示すように、可視光と赤外線を共に良く通す
材料、例えばガラス特に好ましくはシリカガラ
ス、鉛−バリウム−酸化ゲルマニウム系ガラス、
硫化物ガラス、セレン化物ガラスなどの赤外線透
過ガラスによつて所定形状に形成され、その上方
に排気口６を底面に噴射口７を有する。このモデ
ル槽１は、ノズルやバーナ等をモデルとする場合
には、有限の流れ場を形成するための容器に過ぎ
ないが、管内の流体の流れを可視化する場合等に
はそれ自体がモデルとして使用される。また、無
限空間における流れ場を再現する場合には、モデ
ル槽１に代えて実験室全体を流れ場とし、静止空
間を得る。モデル槽底面の噴射口７には観察しよ
うとする流れ場を再現するモデルが一般に取付け
られる。もつとも、モデルを噴射口７から離して
モデル槽１内に設置し、噴射口７においては何ら
気体コロイドの流れに変化を与えない場合もあ
る。本実施例の場合、バーナノズルモデル８とバ
ーナタイルモデル９とが設置され、燃料と空間の
混合状態、その割合などを測定するため、バーナ
ノズルモデル８からはコロイド粒子４を含む流体
（燃料に相当する）を噴射させると共にその周囲
からはコロイド粒子が混入されていない流体（二
次空気に相当する）を噴射させてバーナタイルモ
デル９内で両者を混合させるように設けられてい
る。尚、本実施例のモデル槽１は周壁全面を赤外
線及び可視光線を透過させる材料で形成している
ことから、第４図に示すように、観察機器に対向
する面が観察窓１０に相当し、スリツト熱線源３
Ｈあるいはスリツト光源３Ｖに対向する面が入射
窓１１に相当する。しかし、モデル槽１は全周壁
面を透過性材料で形成する必要はなく、少なくと
も観察窓１０と入射窓１１が透過性を有すれば足
りる。スリツト光５の入射方向と90〜145度の角
度の位置で最適の乱反射が得られることからその
範囲に観察窓１０と入射窓とを位置させておけば
良い。 In this embodiment, the model tank 1 includes the first and fourth tanks.
As shown in the figure, materials that transmit both visible light and infrared rays well, such as glass, particularly preferably silica glass, lead-barium-germanium oxide glass,
It is formed into a predetermined shape from infrared transmitting glass such as sulfide glass or selenide glass, and has an exhaust port 6 above and an injection port 7 at the bottom. This model tank 1 is only a container for forming a finite flow field when a nozzle, a burner, etc. used. Furthermore, when reproducing a flow field in an infinite space, the entire laboratory is used as a flow field instead of the model tank 1 to obtain a static space. A model that reproduces the flow field to be observed is generally attached to the injection port 7 on the bottom of the model tank. However, there are cases where the model is placed in the model tank 1 away from the injection port 7 and the flow of the gas colloid at the injection port 7 is not changed in any way. In the case of this embodiment, a burner nozzle model 8 and a burner tile model 9 are installed, and in order to measure the mixing state of fuel and space, its ratio, etc. The burner tile model 9 is provided so as to mix the two in the burner tile model 9 by injecting a fluid (corresponding to secondary air) that is not mixed with colloid particles from around it. In addition, since the entire peripheral wall of the model tank 1 of this example is formed of a material that transmits infrared rays and visible light, the surface facing the observation equipment corresponds to the observation window 10, as shown in FIG. , slit heat ray source 3
The surface facing H or the slit light source 3V corresponds to the entrance window 11. However, it is not necessary that the entire peripheral wall surface of the model tank 1 be made of a transparent material, and it is sufficient that at least the observation window 10 and the entrance window 11 are transparent. Since optimal diffused reflection can be obtained at a position at an angle of 90 to 145 degrees with respect to the direction of incidence of the slit light 5, the observation window 10 and the entrance window may be located within that range.
前述のモデル槽１あるいは無限空間に設置され
たモデル８，９に気体コロイドを供給する気体コ
ロイド供給ユニツト２は、気体供給源（図示省
略）とモデル槽１とを結ぶ管路１２の途中にコロ
イド粒子注入部１３を設け、圧送途中の気体にコ
ロイド粒子４を定量的に強制注入することによつ
て一定濃度の気体コロイドとして供給するもので
ある。勿論供給ユニツト２は前述のものに限定さ
れない。例えば、あらかじめ最適な濃度に均一に
調整された気体コロイドをタンクに貯留し、これ
を定量送風機でモデル槽１に圧送するようにして
もよい。 The gas colloid supply unit 2 that supplies gas colloid to the model tank 1 or the models 8 and 9 installed in infinite space supplies colloid to the middle of a pipe 12 connecting a gas supply source (not shown) and the model tank 1. A particle injection section 13 is provided, and the colloid particles 4 are quantitatively and forcibly injected into the gas being pumped, thereby supplying the gas colloid at a constant concentration. Of course, the supply unit 2 is not limited to the one described above. For example, a gas colloid uniformly adjusted to an optimal concentration may be stored in a tank, and this may be force-fed to the model tank 1 using a fixed-rate blower.
気体コロイドは、流れ場を形成する気体（分散
媒）とトレーサとして機能するコロイド粒子（分
散相）４とから成り、流れ場の形成に影響をおよ
ぼさない範囲において可能な限りコロイド粒子４
が密にかつ均一に存在する濃度に保たれている。
気体としては空気を採用するものが最も一般的で
あるが、これに限定されるものではなく、必要に
応じて他の気体を採用することもある。また、コ
ロイド粒子４としては、直径1μｍ程度の微粒子
が容易に入手できるMgO、SiO、Al2O3等の所謂
フアインセリミツクスの球状物が好適である。こ
のフアインセラミツクスから成る微粒子は取扱易
く一定濃度の気体コロイドを得易いからである。
勿論、霧や煙から成る気体コロイドも充分均一化
すれば使用できる。 A gas colloid consists of a gas (dispersion medium) that forms a flow field and colloid particles (dispersed phase) 4 that function as a tracer, and contains as much colloid particles 4 as possible without affecting the formation of the flow field.
is maintained at a concentration that is dense and uniform.
Although air is most commonly used as the gas, it is not limited to this, and other gases may be used as necessary. Further, as the colloid particles 4, spherical particles of so-called fine ceramics such as MgO, SiO, Al 2 O 3 , etc., of which fine particles with a diameter of about 1 μm are easily available, are suitable. This is because fine particles made of fine ceramics are easy to handle and it is easy to obtain a gas colloid with a constant concentration.
Of course, gaseous colloids consisting of fog or smoke can also be used if they are sufficiently homogenized.
この気体コロイドは、コロイド粒子４を定量噴
射装置を使つて流体供給ユニツト２に定量的に供
給し、流体供給源から供給される空気と混合して
一定濃度に形成されるか、或いはあらかじめ空気
とコロイド粒子４を混合撹拌して一定濃度とし、
流れ場に供給される。 This gaseous colloid is formed by quantitatively supplying colloid particles 4 to the fluid supply unit 2 using a metering injection device and mixing it with air supplied from a fluid supply source, or by forming it at a constant concentration with air in advance. Mix and stir colloid particles 4 to a constant concentration,
supplied to the flow field.
モデル槽１内あるいは無限空間に形成される流
れ場は、熱線源３Ｈからパルス状に照射される局
所的な熱線５Ｈによつて、流れの任意な位置にお
ける流れ観察断面たる一平面（赤外線加熱面）２
８Ｈ内に存在するコロイド粒子４が瞬時に断続加
熱されるように設けられている。これは、物体が
輻射する熱放射エネルギを検出し、その温度差や
温度分布を測定しようとする場合、絶対零度以上
の温度にある全ての物体はその表面から温度に応
じた熱放射エネルギを放出しているのでそのまま
の状態でも熱放射エネルギの検出は可能である
が、非接触下において測定する場合には測定温度
が相対値でしか求められないため、物体間に明瞭
な温度差が表われない限り微妙な温度変化や温度
分布状態を検出することが困難だからである。熱
線源３としては、瞬時にコロイド粒子を加熱する
ことができる高出力の熱線を容易に得られるもの
例えばレーザが好適である。レーザ３の選定にあ
たつては、トレーサたるコロイド粒子４の材質即
ち該粒子４が良く吸収する波長帯域を考慮しなけ
ればならない。また、コロイド粒子４の赤外加熱
は、スリツト光５Ｖに因る流れの可視化を妨げな
いようにするため、可視光の放射を伴わない温
度、例えば300〜400℃、更に好ましくは300℃程
度に均一に抑えること及び断続加熱に追従可能で
あるような熱容量をもつ程度の粒子系であること
が必要である。そこで、熱線源３としては、比較
的低出力の赤外線レーザ、例えば炭酸ガスパルス
レーザの使用が好ましい。尚、局所的にパルス状
に照射する熱線５Ｈとは、レーザビームを二次元
光学系を使用して膜状に広げることによつてある
いはレーザビームをそのままの状態で高速にオシ
レートさせることによつて実質的に得られるスリ
ツト状の熱線がパルス状発振するように制御され
たものをいう。パルス状に熱線５Ｈを断続的に加
熱し、加熱時間を一定にすることによつて、コロ
イド粒子４は均一に加熱される
また、上述の流れ場は、スリツト光５Ｖに代表
される局所的な照明によつて、前述の赤外加熱面
２８Ｈと近接する流れの任意の位置における流れ
観察断面たる一平面（可視面）２８Ｖを可視化す
るように設けられている。即ち、スリツト光５Ｖ
をコロイド粒子４に乱反射させることによつて、
任意断面における流れを抽出して可視化する。ス
リツト光５Ｖは公知のスリツト光源３Ｖによつて
あるいはレーザビームを二次元光学系を使用して
広げることによつて若しくはレーザビームをその
ままの状態で高速にオシレートさせることによ
り、実質的なスリツト光として得ることも可能で
ある。 The flow field formed in the model tank 1 or in infinite space is created by localized heat rays 5H irradiated in pulses from the heat ray source 3H on one plane (infrared heating surface )2
It is provided so that the colloidal particles 4 present in 8H are instantaneously and intermittently heated. This means that when trying to detect the thermal radiant energy radiated by an object and measure its temperature difference or temperature distribution, all objects at a temperature above absolute zero emit thermal radiant energy from their surfaces according to their temperature. Therefore, it is possible to detect thermal radiant energy even in that state, but when measuring without contact, the measured temperature can only be determined as a relative value, so a clear temperature difference appears between objects. This is because it is difficult to detect subtle temperature changes and temperature distribution unless there is. As the heat ray source 3, a source that can easily generate high-output heat rays that can instantaneously heat colloid particles, such as a laser, is suitable. When selecting the laser 3, consideration must be given to the material of the colloidal particles 4 serving as the tracer, that is, the wavelength band in which the particles 4 absorb well. In addition, in order to avoid disturbing the visualization of the flow caused by the 5V slit light, the infrared heating of the colloidal particles 4 is performed at a temperature that does not involve the emission of visible light, for example, 300 to 400°C, more preferably about 300°C. It is necessary that the particle system has a heat capacity that can be suppressed uniformly and that can follow intermittent heating. Therefore, as the heat ray source 3, it is preferable to use a relatively low-output infrared laser, such as a carbon dioxide gas pulse laser. Note that the heat ray 5H that is locally irradiated in a pulsed manner means that the laser beam is spread into a film using a two-dimensional optical system, or that the laser beam is oscillated at high speed as it is. This means that the slit-shaped hot wire obtained is controlled so that it oscillates in a pulsed manner. By intermittently heating the heat wire 5H in a pulsed manner and keeping the heating time constant, the colloidal particles 4 are heated uniformly. Furthermore, the above-mentioned flow field is generated in a localized manner represented by the slit light 5V. The illumination is provided so as to visualize one plane (visible plane) 28V, which is a flow observation cross section at any position of the flow adjacent to the infrared heating surface 28H. That is, slit light 5V
By causing the colloid particles 4 to diffusely reflect the
Extract and visualize the flow in an arbitrary cross section. The slit light 5V can be converted into a substantial slit light by using a known slit light source 3V, by expanding the laser beam using a two-dimensional optical system, or by oscillating the laser beam as it is at high speed. It is also possible to obtain
前記赤外加熱面２８Ｈと、前記可視面２８Ｖと
は、前述したように、それぞれ流れの任意の位置
における流れ観察断面であり、両面２８Ｈ，２８
Ｖは平行に形成されている。また、赤外加熱面２
８Ｈと可視面２８Ｖとの間の距離は既知であり、
例えば第２図に示す如く、△Ｌの距離を有してい
る。 As described above, the infrared heating surface 28H and the visible surface 28V are flow observation cross sections at arbitrary positions of the flow, and both surfaces 28H, 28
The Vs are formed in parallel. In addition, infrared heating surface 2
The distance between 8H and visible surface 28V is known,
For example, as shown in FIG. 2, the distance is ΔL.
流れ場の外において、赤外線加熱によつてコロ
イド粒子４から放出される熱放射エネルギを検出
するセンサ２０Ｈとしては、例えば、赤外線セン
サが最も効果的にかつ実用的である。即ち、物体
が輻射する熱放射エネルギを検出してその温度差
や温度分布を測定する場合の測定対象温度では熱
放射エネルギのピークが赤外領域に有るからであ
る。そこで、本実施例にあつては、焦電効果型赤
外線ビジコンを使つた工業用赤外線TVカメラ２
０Ｈを採用し、流れの挙動に関する定性的、定量
的情報を不可視状態のまま検出し得るようにして
いる。焦電効果型赤外線ビジコンは、−30〜＋330
℃という比較的低い温度を対象とし、２〜15μｍ
の波長領域における赤外線を室温で検出するに感
度及び価格の面で最適であることから、近年主流
となつてきている非接触温度センサである。勿
論、赤外線センサとしては、焦電効果素子に限ら
ず、その他の熱型素子あるいは光量子型素子を用
いた赤外線ITVカメラやサーモグラフイ等の他
の視覚化手段ないし測定手段を適宜選定する。 As the sensor 20H for detecting the thermal radiation energy emitted from the colloid particles 4 by infrared heating outside the flow field, for example, an infrared sensor is most effective and practical. That is, when measuring the temperature difference or temperature distribution by detecting the thermal radiant energy radiated by an object, the peak of the thermal radiant energy is in the infrared region at the temperature to be measured. Therefore, in this embodiment, an industrial infrared TV camera 2 using a pyroelectric effect type infrared vidicon is used.
OH is adopted to enable qualitative and quantitative information about flow behavior to be detected while remaining invisible. Pyroelectric effect infrared vidicon -30 to +330
Targeting relatively low temperatures of ℃, 2 to 15 μm
It is a non-contact temperature sensor that has become mainstream in recent years because it is optimal in terms of sensitivity and cost for detecting infrared rays in the wavelength region of 2000 at room temperature. Of course, the infrared sensor is not limited to the pyroelectric effect element, but other visualization means or measurement means such as an infrared ITV camera or thermography using other thermal elements or photon elements may be appropriately selected.
上記赤外線センサ２０Ｈによつて検出された熱
放射エネルギは画像信号あるいはデジタル電気信
号として出力され、可視化あるいは測定ないし記
録される。例えば、上述の赤外線ITVカメラ２
０Ｈからのテレビ信号は、市販されている普通の
モニタ・テレビ２１Ｈに直接表示することができ
る。即ち、モニタテレビに熱画像として表示でき
る。このときの輝度の階調は、白（高温）から黒
（低温）までの範囲で熱放射エネルギの強度に対
応している。また、このTV輝度信号は、コンピ
ユータ処理あるいはRGB信号の処理によつて輝
度に対応する明度と色合いのカラー表示に変換す
ることも可能である。 The thermal radiation energy detected by the infrared sensor 20H is output as an image signal or a digital electrical signal, and is visualized, measured, or recorded. For example, the above-mentioned infrared ITV camera 2
The television signal from 0H can be displayed directly on a commercially available ordinary monitor television 21H. That is, it can be displayed as a thermal image on a monitor television. The brightness gradation at this time corresponds to the intensity of thermal radiant energy in the range from white (high temperature) to black (low temperature). Further, this TV brightness signal can also be converted into a color display with brightness and hue corresponding to the brightness by computer processing or RGB signal processing.
また、散乱光によつて可視化された流れ場から
散乱光の輝度に置換された流れの挙動に関する定
性的、定量的情報を可視域において検出するセン
サとしては、TVカメラ、中でも工業用TVカメ
ラ２０が最も一般的である。このITVカメラ２
０Ｖによつて検出された散乱光の輝度信号は、そ
のまま画像信号としてあるいは高速Ａ−Ｄ変換を
経てデジタル電気信号として出力され、可視化に
供されあるいは測定ないし記録のために供され若
しくは録画される。例えば、市販のモニタテレビ
２１Ｖに直接表示する場合、流れ場は、散乱光の
輝度に対応した階調の白黒画像として表示され
る。勿論、このTV輝度信号は、コンピユータ処
理等によつて輝度に対応する明度と色合いのカラ
ー表示に変換するとも可能である。 In addition, as a sensor that detects in the visible range qualitative and quantitative information regarding the behavior of the flow, which is replaced by the brightness of the scattered light from the flow field visualized by the scattered light, there is a TV camera, especially an industrial TV camera 20. is the most common. This ITV camera 2
The luminance signal of the scattered light detected by 0V is output as an image signal as it is or as a digital electrical signal after high-speed A-D conversion, and is provided for visualization, measurement, recording, or recording. . For example, when directly displaying on a commercially available monitor television 21V, the flow field is displayed as a black and white image with gradations corresponding to the brightness of the scattered light. Of course, this TV brightness signal can also be converted into a color display with brightness and hue corresponding to the brightness by computer processing or the like.
以上のように構成された実験装置を使つて流体
の流れ観察断面に対して直交する方向（三次元方
向）の速度成分を測定する本発明方法をバーナモ
デルを例に挙げて説明する。 The method of the present invention for measuring velocity components in a direction (three-dimensional direction) perpendicular to a fluid flow observation cross section using the experimental apparatus configured as described above will be explained using a burner model as an example.
まず、モデル槽１あるいは無限空間に向けて均
質なコロイド粒子４を密に含む気体即ち気体コロ
イドを必要なだけ安定供給し、槽底の噴射口７か
ら吹き出させてモデル槽１内あるいは無限空間に
流れ場を作り出す。尚、気体コロイドは流れ場を
形成しかつ濃度分布を表現するに好適な濃度にあ
らかじめ全量調整されたものか、あるいは流体供
給ユニツト２において圧送中に混合調整されたも
のが使用される。次いで、第２図に示すように、
この流れ場にスリツト熱線５Ｈをパルス状に照射
して、任意断面である赤外加熱面２８Ｈにおける
平面的な流れの中に存在するコロイド粒子４を瞬
時に加熱する。この熱線・赤外線５Ｈによるコロ
イド粒子４の加熱は、コロイド粒子４からの熱エ
ネルギの放射を伴うので、ある断面におけるコロ
イド粒子４の動きを赤外線ITVカメラ２０Ｈを
通して追跡可能とし、且つ流れを熱画像として可
視化できる。しかも、十分微細でかつ均質なコロ
イド粒子４から放射される熱放射エネルギの強度
は同一であつても単位体積当りの熱エネルギはコ
ロイド粒子個数即ちコロイド密度に比例すると考
えられ、それは熱放射エネルギの強度が濃度に対
応することを意味することから、コロイド粒子４
の粗密に伴う熱放射エネルギ分布及びその変動を
流れの濃度分布及びその変動として把持できる。
そこで、赤外加熱された流れ場２８Ｈを赤外線
TVカメラ２０Ｈで撮影し、これをモニターテレ
ビ２１Ｈに表示すれば、熱エネルギに対応した明
るさ（高温は白く、低温は黒い）の熱画像が得ら
れる。この熱画像の光の強弱をブラウン管上に設
置したフオトセンサ２２Ｈによつて電気的信号に
変換して検出し、これをフイルタ２３に通して画
面スキヤン信号を除去すれば、赤外加熱面・流れ
場２８Ｈのある点における濃度変動を測定でき
る。勿論、モニタテレビ２１Ｈを介さずに直接高
速Ａ−Ｄ変換し、任意の測定点ないし全てのデジ
タル信号をコンピユータへ一旦記憶させてから処
理しても良い。尚、モニタテレビ２１Ｈの画面上
における測定に際しては、測定領域中もつとも暗
い部分でも微小出力例えば３ｍＶ程度を示すよう
に、またもつとも明るい部分が測定レンジの最大
値近くなるようにモニタの調整を行なう必要があ
る。また、測定位置の変更は、ブラウン管上のフ
オトセンサ２２Ｈを移動させるか、あるいはトラ
バース（図示省略）にてカメラ２０Ｈを微動させ
ることにより行なう。 First, a necessary amount of gas containing homogeneous colloidal particles 4, that is, gaseous colloid, is stably supplied to the model tank 1 or the infinite space, and is blown out from the injection port 7 at the bottom of the tank to the model tank 1 or the infinite space. Create a flow field. The gas colloid used is one whose total amount is adjusted in advance to a concentration suitable for forming a flow field and expressing a concentration distribution, or one which is mixed and adjusted during pressure feeding in the fluid supply unit 2. Next, as shown in Figure 2,
This flow field is irradiated with a slit heat ray 5H in a pulsed manner to instantaneously heat the colloidal particles 4 existing in the planar flow on the infrared heating surface 28H, which has an arbitrary cross section. This heating of the colloidal particles 4 by the heat rays/infrared rays 5H is accompanied by the radiation of thermal energy from the colloidal particles 4, so the movement of the colloidal particles 4 in a certain cross section can be tracked through the infrared ITV camera 20H, and the flow can be viewed as a thermal image. Can be visualized. Moreover, even if the intensity of the thermal radiant energy radiated from sufficiently fine and homogeneous colloidal particles 4 is the same, the thermal energy per unit volume is considered to be proportional to the number of colloidal particles, that is, the colloidal density, which means that the thermal radiant energy is proportional to the colloidal density. Since it means that intensity corresponds to concentration, colloidal particles 4
The thermal radiant energy distribution and its fluctuations due to the density of the flow can be grasped as the concentration distribution of the flow and its fluctuations.
Therefore, the infrared heated flow field 28H is
By taking a picture with the TV camera 20H and displaying it on the monitor TV 21H, a thermal image with brightness corresponding to the thermal energy (high temperature is white and low temperature is black) can be obtained. The intensity of light in this thermal image is converted into an electrical signal by a photo sensor 22H installed on the cathode ray tube and detected, and this is passed through a filter 23 to remove the screen scan signal. The concentration fluctuation at a certain point of 28H can be measured. Of course, high-speed A-D conversion may be performed directly without going through the monitor television 21H, and any measurement points or all digital signals may be temporarily stored in a computer and then processed. When measuring on the screen of the monitor television 21H, it is necessary to adjust the monitor so that even the darkest part of the measurement area shows a minute output, for example, about 3 mV, and so that the brightest part is close to the maximum value of the measurement range. There is. The measurement position is changed by moving the photo sensor 22H on the cathode ray tube or by slightly moving the camera 20H during traverse (not shown).
更に、この赤外線による流れの挙動に関する情
報の検出と同時に、赤外加熱面２８Ｈと近接させ
て平行な可視面２８Ｖをスリツト光５Ｖをもつて
可視化し、その可視面２８Ｖにおける流れの挙動
に関する情報を可視情報で検出する。このスリツ
ト熱線５Ｈと平行でかつ近接した状態で照射され
るスリツト光５Ｖによつて可視化された流れ場２
８Ｖからは、単位体積当りのコロイド粒子４の数
に比例した強度の散乱光が得られる。この散乱光
の強度は単位体積当りのコロイド粒子数即ち濃度
に比例する。そし、これをITVカメラで撮影し
た場合、モニタテレビ２１Ｖにそのまま輝度の変
動として表示される。そこで、そのモニタテレビ
２１Ｖ上における画像の明るさの変動を熱画像の
場合と同じプロセスによつて処理することによ
り、その流れ場内における二次元的な濃度変動を
求めることができる。 Furthermore, at the same time as detecting information regarding the behavior of the flow using infrared rays, a visible surface 28V that is close to and parallel to the infrared heating surface 28H is visualized using a slit light beam of 5V, and information regarding the behavior of the flow on the visible surface 28V is visualized. Detect using visible information. Flow field 2 visualized by slit light 5V irradiated parallel to and close to this slit heat line 5H
From 8V, scattered light with an intensity proportional to the number of colloid particles 4 per unit volume is obtained. The intensity of this scattered light is proportional to the number of colloid particles per unit volume, that is, the concentration. If this is photographed with an ITV camera, it will be displayed as a change in brightness on the monitor television 21V. Therefore, by processing the variation in brightness of the image on the monitor television 21V using the same process as in the case of a thermal image, it is possible to determine the two-dimensional density variation within the flow field.
一つのコロイド粒子４を特定してそのコロイド
粒子４が所定距離△Ｌを移動する時間を測定する
ことは事実上不可能であるが、一定濃度のコロイ
ド粒子群が流れ観察断面２８Ｈ，２８Ｖ間を移動
する時間は近接する二点のフオトセンサ２２Ｈ，
２２Ｖにおいて測定する濃度変化の時間的ずれと
して把持することができる。 Although it is virtually impossible to specify one colloidal particle 4 and measure the time it takes for that colloidal particle 4 to travel a predetermined distance ΔL, it is possible for a group of colloidal particles at a constant concentration to flow between the observation cross sections 28H and 28V. The moving time is determined by two nearby photo sensors 22H,
This can be grasped as a time lag in the concentration change measured at 22V.
即ち、微細かつ均質なコロイド粒子４が密に含
まれた流体が作り出す流れ場において、一定濃度
のコロイド粒子群が移動する現象は一つの測定点
において濃度変化として表われる。そして、この
コロイド粒子群の移動現象は、極めて近い他の点
においては極めて類似する波形の濃度変化として
表われる（第５図参照）。このことから、コロイ
ド粒子群の近接する二点間における移動時間△ｔ
は、両点における濃度変化の時間的ずれとして把
持できる。したがつて、近接する平行な二平面２
８Ｈ，２８Ｖ内の流れ場において、極めて類似す
る波形の濃度変化が認められる場合、これらの間
における濃度変化の時間的ずれ、及び、二平面２
８Ｈ，２８Ｖの距離から三次元方向の流れの速度
成分を測定できる。 That is, in a flow field created by a fluid densely containing fine and homogeneous colloidal particles 4, a phenomenon in which a group of colloidal particles of a constant concentration moves appears as a change in concentration at one measurement point. The movement phenomenon of this colloidal particle group appears as a concentration change of a waveform that is very similar in other respects (see FIG. 5). From this, the travel time △t between two adjacent points of the colloidal particle group
can be grasped as the time difference between the concentration changes at both points. Therefore, two adjacent parallel planes 2
When concentration changes with extremely similar waveforms are observed in the flow field within 8H and 28V, the time difference in the concentration changes between these and the two planes 2
Velocity components of flow in three-dimensional directions can be measured from a distance of 8H and 28V.
尚、濃度変動は、コロイド粒子４を含む流体と
含まない流体との混合状態において、コロイド粒
子４を含まない流体の割合が高くなるにつれてあ
るいは流体の拡散による希薄化につれて単位体積
中のコロイド粒子量が減少し、単位体積当りの温
度あるいは散乱光の輝度が低くなつてテレビ画面
上での明るさを失うという現象で表われる。 In addition, the concentration fluctuation is caused by the amount of colloid particles per unit volume increasing as the proportion of the fluid that does not contain colloid particles 4 increases or as the fluid becomes diluted due to diffusion in a mixed state of a fluid containing colloid particles 4 and a fluid that does not contain colloid particles 4. This is manifested as a phenomenon in which the temperature per unit volume or the brightness of scattered light decreases, resulting in a loss of brightness on the television screen.
そこで、第４図に示すように、上述の各モニタ
テレビ２１Ｈ，２１Ｖのブラウン管上のほぼ同一
あるいは三次元流動を想定した場合に相関関係が
求められると思われる位置にフオトセンサ２２
Ｈ，２２Ｖを設置し、各点における濃度変動を測
定する。そして、コンピユータ２４において、
夫々の測定点で起こる濃度変化の時間的ずれ・最
大遅れ時間△ｔが相互相関関数法を用いて算出さ
れる。前述したように、接近した二つの測定点
P1、P2においては第５図に示すように類似の濃
度変化が起こる。そこで、各測定点における濃度
変化を統計的に処理して特徴的なピークを各々求
め、このピークを基準にして最大遅れ時間△ｔを
求める。最大遅れ時間即ちコロイド粒子群のフオ
トセンサ２２Ｈ，２２Ｖ間移動時間△ｔが求めら
れれば、フオトセンサ２２Ｈ，２２Ｖ間の微小距
離△Ｌがあらかじめ定められていることから、ｖ
＝△Ｌ／△ｔより流速は簡単に求められる。 Therefore, as shown in FIG. 4, a photo sensor 22 is placed on the cathode ray tube of each of the above-mentioned monitor televisions 21H and 21V at a position where a correlation is expected to be obtained when almost the same or three-dimensional flow is assumed.
H, 22V was installed, and the concentration fluctuation at each point was measured. Then, in the computer 24,
The time shift/maximum delay time Δt of concentration changes occurring at each measurement point is calculated using the cross-correlation function method. As mentioned above, two measurement points that are close to each other
Similar concentration changes occur at P 1 and P 2 as shown in FIG. Therefore, the concentration changes at each measurement point are statistically processed to find characteristic peaks, and the maximum delay time Δt is found using this peak as a reference. If the maximum delay time, that is, the travel time Δt of the colloidal particle group between the photo sensors 22H and 22V is determined, since the minute distance ΔL between the photo sensors 22H and 22V is determined in advance, v
The flow velocity can be easily determined from =ΔL/Δt.
尚、第４図において、符号２５デイスプレス、
２６はXYレコーダ、２７はプリンタである。 In addition, in FIG. 4, the reference numeral 25 depress
26 is an XY recorder, and 27 is a printer.
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明に係る
流れ観察断面と直交する方向の速度測定方法は、
均一な濃度でコロイド粒子を含む気体コロイドに
よつて流れ場を形成し、これに局所的に熱線をパ
ルス状に照射して前記コロイド粒子を断続的に加
熱する赤外加熱面と、前記流れ場に局所的に光を
照射し前記コロイド粒子で入射光を散乱させて可
視化した可視面との二つの近接した流れ観察断面
を、所定距離隔てて平行に形成する一方、前記赤
外加熱面の前記コロイド粒子から放射される熱エ
ネルギを赤外線センサによつて検出し前記赤外加
熱面の濃度変動を熱放射エネルギの強度から測定
すると共に、前記可視面をTVカメラで撮影して
前記可視面の濃度変動を散乱光の強度から測定
し、各流れ観察断面における濃度変動を同時に測
定してこれらの間の濃度変動の時間的ずれを求
め、この時間をコロイド粒子群の二平面間の移動
時間とし、当該移動時間と前記所定距離とに基づ
いて前記流れ観察断面と直交する方向の速度を求
めるようにしているので、従来では不可能だつた
流れの挙動の三次元解析を非接触下に実現でき
る。[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, the method for measuring velocity in the direction perpendicular to the flow observation cross section according to the present invention has the following effects:
an infrared heating surface that forms a flow field with a gas colloid containing colloid particles at a uniform concentration, and intermittently heats the colloid particles by locally irradiating the flow field with heat rays in a pulsed manner; Two close flow observation cross sections are formed in parallel with a predetermined distance apart from the visible surface, which is visualized by locally irradiating light onto the infrared heating surface and scattering the incident light by the colloidal particles. Thermal energy radiated from the colloidal particles is detected by an infrared sensor, and concentration fluctuations on the infrared heated surface are measured from the intensity of the thermal radiant energy, and the visible surface is photographed with a TV camera to determine the concentration of the visible surface. The fluctuation is measured from the intensity of the scattered light, and the concentration fluctuation in each flow observation cross section is simultaneously measured to determine the time shift of the concentration fluctuation between these, and this time is taken as the travel time between the two planes of the colloidal particle group. Since the velocity in the direction perpendicular to the flow observation cross section is determined based on the travel time and the predetermined distance, three-dimensional analysis of flow behavior, which was previously impossible, can be achieved without contact.
第１図は本発明に係る流れの三次元方向の速度
を測定する方法を実施する実験装置の一例を示す
概略図、第２図は本発明の三次元方向の流速測定
方法を示す説明図、第３図はモニタテレビに可視
化された流れ場の熱画像を示す説明図、第４図は
三次元方向の流速を測定する装置の概略図、第５
図は赤外加熱面と可視面との２点間における濃度
変動の時間的ずれを示すグラフである。
３Ｖ……スリツト光源、３Ｈ……スリツト熱線
源、４……コロイド粒子、５Ｈ……局所的な熱
線、５Ｖ……局所的な可視光、２０Ｈ……赤外線
センサ、２０Ｖ……TVカメラ、２８Ｈ……赤外
加熱面、２８Ｖ……可視面。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an experimental apparatus for implementing the method of measuring the velocity of a flow in three-dimensional directions according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the method of measuring the flow velocity in three-dimensional directions of the present invention. Figure 3 is an explanatory diagram showing a thermal image of a flow field visualized on a monitor TV, Figure 4 is a schematic diagram of a device that measures flow velocity in three-dimensional directions, and Figure 5
The figure is a graph showing the time lag in concentration fluctuation between two points on the infrared heating surface and the visible surface. 3V...Slit light source, 3H...Slit heat ray source, 4...Colloid particle, 5H...Local heat ray, 5V...Local visible light, 20H...Infrared sensor, 20V...TV camera, 28H... ...Infrared heating surface, 28V...Visible surface.
Claims (1)
イドによつて流れ場を形成し、 これに局所的に熱線５Ｈをパルス状に照射して
前記コロイド粒子４を断続的に加熱する赤外加熱
面２８Ｈと、前記流れ場に局所的に光５Ｖを照射
し前記コロイド粒子４で入射光を散乱させて可視
化した可視面２８Ｖとの二つの近接した流れ観察
断面を、所定距離△Ｌ隔てて平行に形成する一
方、 前記赤外加熱面２８Ｈの前記コロイド粒子４か
ら放射される熱エネルギを赤外線センサ２０Ｈに
よつて検出し前記赤外加熱面２８Ｈの濃度変動を
熱放射エネルギの強度から測定すると共に、前記
可視面２８ＶをTVカメラ２０Ｖで撮影して前記
可視面２８Ｖの濃度変動を散乱光の強度から測定
し、 各流れ観察断面２８Ｈ，２８Ｖにおける濃度変
動を同時に測定してこれらの間の濃度変動の時間
的ずれを求め、この時間をコロイド粒子群の二平
面間の移動時間△ｔとし、当該移動時間△ｔと前
記所定距離△Ｌとに基づいて前記流れ観察断面２
８Ｈ，２８Ｖと直交する方向の速度を求めること
を特徴とする流れ観察断面と直交する方向の速度
測定方法。[Claims] 1. A flow field is formed by a gas colloid containing colloid particles 4 at a uniform concentration, and the colloid particles 4 are intermittently heated by locally irradiating the flow field with heat rays 5H in a pulsed manner. Two close flow observation cross sections, the infrared heating surface 28H and the visible surface 28V, which is visualized by locally irradiating the flow field with 5V of light and scattering the incident light by the colloidal particles 4, are separated by a predetermined distance △ The infrared heating surface 28H detects the thermal energy radiated from the colloidal particles 4 on the infrared heating surface 28H, and detects the concentration fluctuation of the infrared heating surface 28H as the intensity of the thermal radiant energy. At the same time, the visible surface 28V is photographed with a TV camera 20V, and the density fluctuations on the visible surface 28V are measured from the intensity of the scattered light.The density fluctuations at each flow observation cross section 28H and 28V are simultaneously measured. The time difference between the concentration fluctuations between the two planes is determined, and this time is defined as the travel time Δt of the colloidal particle group between the two planes, and the flow observation cross section 2 is determined based on the travel time Δt and the predetermined distance ΔL.
A method for measuring velocity in a direction perpendicular to a flow observation cross section, characterized by determining velocity in a direction perpendicular to 8H and 28V.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59098551A JPS60243571A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Measurement of speed in direction perpendicular to flow sectional plane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59098551A JPS60243571A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Measurement of speed in direction perpendicular to flow sectional plane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60243571A JPS60243571A (en) | 1985-12-03 |
| JPH0331394B2 true JPH0331394B2 (en) | 1991-05-02 |
Family
ID=14222822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59098551A Granted JPS60243571A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Measurement of speed in direction perpendicular to flow sectional plane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60243571A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6327766A (en) * | 1986-07-22 | 1988-02-05 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Visualizing apparatus for flow of fluid |
| JP2517580Y2 (en) * | 1991-01-30 | 1996-11-20 | 株式会社島津製作所 | Dry powder detection adapter for laser diffraction / scattering particle size distribution measurement |
| JP7006104B2 (en) * | 2017-10-03 | 2022-01-24 | 株式会社デンソー | Airflow measuring device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6011165A (en) * | 1983-06-30 | 1985-01-21 | Shimadzu Corp | Drift-compensating method of base line in heating chromatography, gradient chromatography or the like |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP59098551A patent/JPS60243571A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6011165A (en) * | 1983-06-30 | 1985-01-21 | Shimadzu Corp | Drift-compensating method of base line in heating chromatography, gradient chromatography or the like |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60243571A (en) | 1985-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sakakibara et al. | Measurement of temperature field of a Rayleigh-Bénard convection using two-color laser-induced fluorescence | |
| Papantoniou et al. | Large-scale structure in the far field of byoyant jets | |
| Kuznetsov et al. | Integral characteristics of water droplet evaporation in high-temperature combustion products of typical flammable liquids using SP and IPI methods | |
| US5153665A (en) | Vaporizing particle velocimeter | |
| Agrawal et al. | Rainbow schlieren deflectometry for scalar measurements in fluid flows | |
| Abram et al. | Temperature field measurements in liquids using ZnO thermographic phosphor tracer particles | |
| JP4286970B2 (en) | Gas visualization device and gas visualization method | |
| Morandini et al. | Slope effects on the fluid dynamics of a fire spreading across a fuel bed: PIV measurements and OH* chemiluminescence imaging | |
| JPS5987369A (en) | Method for measuring speed in water current model | |
| EP0529925A2 (en) | Apparatus and method for transient thermal infrared spectrometry of flowable enclosed materials | |
| JPH0331394B2 (en) | ||
| Pitts | Large-scale turbulent structures and the stabilization of lifted turbulent jet diffusion flames | |
| JP2004177312A (en) | Three dimensional temperature/velocity simultaneous measuring method of fluid | |
| CN108507912A (en) | Phase rainbow measurement method and device for dynamic drop physical parameters measurement | |
| Xue et al. | A method to suppress the effect of total reflection on PLIF imaging in annular flow | |
| Morandini et al. | Feasibility of particle image velocimetry in vegetative fire spread experiments | |
| JPH0378923B2 (en) | ||
| Takeno et al. | Fractal analysis of turbulent premixed flame surface | |
| Long et al. | Measurement of three-dimensional concentrations in turbulent jets and flames | |
| JPH0547069B2 (en) | ||
| JP2962119B2 (en) | Liquid field visualization method for gas-liquid multiphase flow field | |
| JPH0750120B2 (en) | Method for detecting rotational motion of flow | |
| JPS63103940A (en) | Detecting method for visualized information of flow | |
| JPH0654279B2 (en) | 3D observation method of flow | |
| JPH08201413A (en) | Two-dimensional flow velocity measuring instrument |