JPH05126842A - 流動状態の観察方法及び可視化用粒子 - Google Patents

流動状態の観察方法及び可視化用粒子

Info

Publication number
JPH05126842A
JPH05126842A JP31355391A JP31355391A JPH05126842A JP H05126842 A JPH05126842 A JP H05126842A JP 31355391 A JP31355391 A JP 31355391A JP 31355391 A JP31355391 A JP 31355391A JP H05126842 A JPH05126842 A JP H05126842A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
fluid
observed
particles
observation
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.)
Withdrawn
Application number
JP31355391A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Kurobe
淳 黒部
Shigeo Matsubara
茂雄 松原
Kazunari Nakamoto
一成 中本
Zenichiro Morita
善一郎 森田
Manabu Iguchi
学 井口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nisshin Steel Co Ltd filed Critical Nisshin Steel Co Ltd
Priority to JP31355391A priority Critical patent/JPH05126842A/ja
Publication of JPH05126842A publication Critical patent/JPH05126842A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 光透過率の高いアクリル粒子を被観察流体に
分散させることにより、大きな観察用光量の出射光で被
観察用流体の流動状態を正確に観察する。 【構成】 透明な側壁又は覗き窓をもつ観察容器3に、
アクリル粒子2を分散させた被観察用流体1を注入す
る。観察容器3の側方に配置した光源5,5’から光を
被観察用流体1に投入し、アクリル粒子2の内部で散乱
を繰り返して出射された光を受光器6で取り出す。アク
リル粒子2として、光透過度が50%以上で、長軸半径
と短軸半径の差を長軸半径で除した真円度が0.175
以下の球状粒子が使用される。また、着色材或いは蛍光
物質をアクリル粒子2に混入させ、着色光を受光器6で
観察することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の流動状態を目視
容易な可視化状態で観察する方法及びそのときに使用す
る可視化用粒子に関する。
【0002】
【従来の技術】気体,液体等の流動状態を観察する手段
としてトレーサ法が知られている。こ方法においては、
観察対象の流体中に空気,水素等の気泡、インク等の着
色液滴,プラスチック粒子等の固形微粒子を浮遊させ、
異種粒子の流れから観察対象である流体の流動状態を判
断する。或いは、鉄,亜鉛等の高温溶融金属の流動状態
を推定するために、水モデルを使用したシュミレーショ
ンテストでも同様なトレーサ法が採用されている。
【0003】空気,水素等の気泡を流体に浮遊させる方
法では、たとえば水に分散させた気泡が分散後短時間で
浮上するため、気泡分散を連続的に行う必要がある。ま
た、分散した気泡が水中で凝集して大きな泡となり、観
察対象である流体とは異なった運動を呈することも生じ
る。しかも、空気,水素等の気泡が無色であることか
ら、流体の流動状態を写真撮影等で記録することが困難
である。
【0004】また、インク等の染料液滴を流体に分散さ
せて流動状態を調査する方法では、観察用の覗き窓に染
料が付着して汚れ易い欠点がある。また、添加された染
料液滴は、短時間で流体に拡散し、トレーサとしての機
能を果たさなくなる。そのため、被観察流体が層流状態
で流れている箇所に観察箇所が制約される。
【0005】このようなことから、観察対象である流体
に対する分散性が良好なプラスチック,金属箔等の固形
粒子や固形小片がトレーサとして主に使用されている。
なかでも、ポリスチレン粒子やアルミ箔等が多用されて
いる。たとえば、「流れの可視化」第5巻第19号(1
985年10月号)第395〜397頁には、ポリスチ
レン粒子の表面に化学めっきを施し、光反射率を向上さ
せたものをトレーサとして使用することが報告されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】トレーサとして使用さ
れるポリスチレン樹脂は、球状に整粒されている。この
形状のため、ポリスチレン粒子に入射した光は、粒子内
部で散乱して消えることなく、外部に出射される。しか
し、出射光の強度は、ポリスチレン樹脂の光透過率が低
いことから、極めて弱いものとなる。すなわち、弱い輝
度を観察用に使用するため、観察自体が困難なものとな
り、また観察誤差も避けられない。
【0007】他方、アルミ箔は、優れた光反射率を示
し、大きな観察用光量を得ることができる。しかし、流
体に浮遊しているアルミ箔は、観察対象流体の流動に伴
って観察用覗き窓に対して種々の姿勢に変化する。その
結果、アルミ箔表面で反射した光が覗き窓に到達しない
ことも生じる。すなわち、アルミ箔の動きに起因した入
射光の散乱によって光が消えることがあり、流速等の定
量的な可視化が困難である。
【0008】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、光透過率の高いアクリル粒子を使
用することにより、入射した光が散乱により消えること
なく、大きな観察用光量の出射光で流動状態を正確に観
察することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の流動状態観察方
法は、その目的を達成するため、着色或いは蛍光物質を
含有した球状のアクリル粒子を被観察流体に分散させ、
該被観察流体に光を投入し、前記アクリル粒子の内部で
散乱した光を取り出すことを特徴とする。
【0010】この方法で使用するアクリル粒子は、光透
過率が50%以上で、長軸半径と短軸半径の差を長軸半
径で除した真円度(以下、これを単に真円度という)が
0.175以下の球形である。また、アクリル粒子を製
造する過程で、粘性状態のアクリル樹脂に顔料,染料等
の着色材を混入させることにより、光透過度を損なわず
に着色することができる。使用可能な顔料としては、フ
タロシアニン系,アントラキノン系等の有機顔料や炭
素,カドミウム等の無機顔料がある。また、使用可能な
染料としては、アゾ染料,アントラキノン染料,インジ
ゴイド染料等がある。
【0011】或いは、光によって励起され発光するロー
ダミンB,ローダミン6G,フルオレセイン等の蛍光物
質を含有させることもできる。この場合、光の投入によ
って蛍光物質特有の発色が生じ、流動状態の観察がより
鮮明に行われる。
【0012】使用するアクリル粒子は、同一の粒径をも
っているものでも良いが、異なる粒径のアクリル粒子を
組み合わせて使用することも可能である。このとき、粒
径ごとに異なった着色を施したアクリル粒子を使用する
と、流動状態をきめ細かく観察することができる。
【0013】
【作用】アクリル樹脂は、優れた光透過性を活用して、
光ファイバー用材料として使用されている。このアクリ
ル樹脂を球状に整形したものでは、全表面が光ファイバ
ーの端面と同様な鏡面状態になっている。そこで、一方
向から光をアクリル粒子に照射すると、粒子内に入射し
た光がアクリル粒子の全表面において均一に散乱する。
その結果、粒子内部における光の伝送を外部から観察で
きる。このとき、アクリル粒子が球形であるため、光照
射方向或いは観察方向に関係なく、粒子内部の光伝送が
観察される。
【0014】この点で、アクリル粒子の真円度を0.1
75以下にすることが好ましい。真円度が0.175を
超えると、アクリル粒子内部における光伝送に異方性が
みられ、粒子内部で散乱した光が観察用覗き窓に到達し
ない確率が高くなる。また、アクリル粒子の光透過性が
50%以上と高いことから、入射光量の大半が観察用光
量として利用される。光透過性が50%未満であると、
粒子内部で光が散乱するに従ってアクリル粒子から出射
される光量が低下し、観察に使用を来す。
【0015】明確な観察用光を得るためには、アクリル
粒子に入射した光のほとんどを反射させる物質,入射光
によって励起され発光する蛍光物質をアクリル樹脂に混
入させることが好ましい。たとえば、赤色染料を混入さ
せたアクリル粒子を使用するとき、視認容易な赤色の観
察用光が得られる。また、ローダミンB等の蛍光物質を
混入させたアクリル粒子では、鮮紅色等の蛍光物質特有
の発色が得られ、確実な観察が容易に行われる。
【0016】粒径が異なるアクリル粒子を組み合わせて
使用するとき、溶融金属内のサイズが異なる不純物の流
れ挙動をシュミレートする場合等に有効である。また、
着色或いは発色が異なるアクリル粒子を組み合わせて使
用するとき、溶融金属浴内の異なる箇所を出発点とした
流れ挙動をシュミレートする場合等に有効である。たと
えば、浴内の複数のコーナー或いは複数の流入口近傍に
それぞれ異なった色のアクリル粒子を分散させることに
よって、流体の混合状態を観察することができる。
【0017】このようなアクリル粒子を分散させた観察
対象の流体に光を照射すると、流体に浮遊しているアク
リル粒子から観察用光が取り出される。この観察用光を
追跡することにより、流体の流動状態を正確に把握する
ことができる。
【0018】以下、図1を参照しながら、本発明を具体
的に説明する。流体の流動状態は、たとえば図1に示す
装置を使用して観察実験される。すなわち、観察対象で
ある流体1に球形のアクリル粒子2を分散させ、観察容
器3に収容する。観察容器3としては、透明なガラス
板,プラスチック板等でできたものが使用される。或い
は、観察容器3の本体を不透明な板材で作り、側壁に観
察用覗き窓を設けたものも使用される。
【0019】収容された被観察流体1は、インペラー4
で撹拌され、観察容器3の内部で流動する。流動状態に
ある被観察流体1に対して、観察容器3の側方に配置し
た光源5,5’から光が照射される。照射された光は、
被観察流体1中に浮遊しているアクリル粒子2に入射さ
れ、粒子内部で散乱した後、全方向に出射される。アク
リル粒子2からの出射光の一部は、受光器6に入射され
る。
【0020】受光器6で検出された出射点,出射光量等
を適宜のモニターに映し出すとき、アクリル粒子2の浮
遊状態、ひいては被観察流体1の流動状態を知ることが
できる。或いは、受光器6で検出された各種値を電気信
号として記録計に入力し、流動状態の経時的な変化を記
録することもできる。
【0021】アクリル粒子2及び被観察流体1が同じ比
重となるように、適宜の塩類等を添加して被観察流体1
の比重を調節することができる。この場合、被観察流体
1中におけるアクリル粒子2の浮遊分散状態が継続し、
長時間にわたって流動状態を正確に観察することができ
る。
【0022】また、必要に応じて被観察流体1とアクリ
ル粒子2との間に密度差を付けても良い。この密度差が
異なるアクリル粒子2を使用して得られた観察結果は、
実プロセスにおける溶融金属内の流動挙動をモデル化す
るときのフルード数を一致させる場合等に使用される。
【0023】
【実施例】観察容器3として、幅830mm,奥行63
0mm,深さ450mmの透明ガラス製の容器を使用し
た。また、アクリル粒子2として、粒子内側から赤色に
着色した粒径1mmの球形アクリル粒子を使用した。こ
のアクリル粒子2を被観察流体1としての純水に分散さ
せ、観察容器3に注入した。比較のため、粒子自体の散
乱光の強度を失わないように表面を赤色に着色した粒径
1mmの球形ポリスチレン粒子を同様に純水に分散さ
せ、別の観察容器3に注入した。
【0024】それぞれの観察容器3にインペラー4を設
置し、インペラー4を回転速度1350rpmで回転さ
せることによって観察容器3内の純水を流動化させた。
純水の流動に随伴して移動するアクリル粒子2或いはポ
リスチレン粒子の移動軌跡を観察するため、図2に示し
た各位置P1 〜P3 のそれぞれに配置した光源5,5’
から光を投入した。他方、受光器6は、光軸が基準線P
1 −P1 に直交するように配置した。
【0025】照明方向をP1 −P1 ,P2 −P2 及びP
3 −P3 と変えて、受光器6で受光される光の強度を測
定した。その結果、アクリル粒子2とポリスチレン粒子
との間で、図3に示すように大きな差がみられた。すな
わち、受光強度が最も低い照明方向P3 −P3 に沿って
光を観察容器3内の純水に投入した場合にあっても、純
水に浮遊しているアクリル粒子2から出射される光の強
度は、ポリスチレン粒子を分散させた場合に得られる強
度(照明方向P1 −P1 )の倍以上である。
【0026】このことから、アクリル粒子2を被観察流
体1に分散させた観察系は、極めて輝度が高く鮮明な観
察が可能であることが判る。また、照明方向と受光器6
の光軸との間で位置関係が若干違っても、十分な強度を
もった観察用光が得られるため、装置の設置に高精度な
作業を必要としないことが判る。
【0027】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、被観察流体に分散させるトレーサとして光透過度が
高く球状のアクリル粒子を使用している。これにより、
被観察流体に投入された光が粒子内部における散乱で消
えたり減衰したりすることが抑制され、輝度が高い観察
系となる。その結果、必要な位置における流体の流動状
態を正確に記録及び観測することができる。このように
して把握された流動状態は、流水系,水処理系,溶湯流
動系等の広範な分野における基礎データとして利用され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を説明するために使用した装置の概略
を示す。
【図2】 本発明実施例において光源の位置を変更した
状態を示す。
【図3】 受光器に達した光の強度を照明方向との関係
で表したグラフ
【符号の説明】
1 被観察流体 2 アクリル粒子 3 観察容器
4 インペラー 5,5’ 光源 6 受光器 P1 〜P3
光源の設置位置
フロントページの続き (72)発明者 森田 善一郎 大阪府茨木市総持寺1−18−18 (72)発明者 井口 学 大阪府堺市土師町1907−2

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 着色或いは蛍光物質を含有した球状のア
    クリル粒子を被観察流体に分散させ、該被観察流体に光
    を投入し、前記アクリル粒子の内部で散乱した光を取り
    出すことを特徴とする流動状態の観察方法。
  2. 【請求項2】 被観察流体に分散され、前記被観察流体
    の流動状態を可視化する粒子であって、光透過度が50
    %以上,長軸半径と短軸半径の差を長軸半径で除した真
    円度が0.175以下のアクリル粒子からなることを特
    徴とする流動状態の可視化用粒子。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のアクリル粒子は、粘性状
    態にあるアクリル樹脂に着色材又は蛍光物質を混入した
    ものを球状に整形したものであることを特徴とする流動
    状態の可視化用粒子。
JP31355391A 1991-10-31 1991-10-31 流動状態の観察方法及び可視化用粒子 Withdrawn JPH05126842A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31355391A JPH05126842A (ja) 1991-10-31 1991-10-31 流動状態の観察方法及び可視化用粒子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31355391A JPH05126842A (ja) 1991-10-31 1991-10-31 流動状態の観察方法及び可視化用粒子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05126842A true JPH05126842A (ja) 1993-05-21

Family

ID=18042708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31355391A Withdrawn JPH05126842A (ja) 1991-10-31 1991-10-31 流動状態の観察方法及び可視化用粒子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05126842A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116157A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 加湿装置の給水タンク用残水表示方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116157A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 加湿装置の給水タンク用残水表示方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Venkat et al. Study of hydrodynamics in microcarrier culture spinner vessels: a particle tracking velocimetry approach
Alvarez et al. Laminar mixing in eccentric stirred tank systems
CN105005174B (zh) 弯曲的背投屏幕及包括其的沉浸式显示器或模拟器
US20220089941A1 (en) Fluorescent Particles, Inspection Device Using Fluorescent Particles For Visualizing and Inspecting Motion/Movement Of Fluid In Locations Where Fluid Is Present, And Inspection Method Using Fluorescent Particles For Visualizing and Inspecting Motion/Movement Of Fluid In Locations Where Fluid Is Present
EP0109810B1 (en) Simulator of fluid flow in field of flow entailing combustion or reaction
US4543834A (en) Measurement of velocity in water flow model
Johari Mixing in thermals with and without buoyancy reversal
US3320523A (en) Method for visibly indicating and recording magnetic fields
Lin et al. External and internal flow fields of plunging breakers
JPH05126842A (ja) 流動状態の観察方法及び可視化用粒子
Ruth et al. The effect of nonlinear drag on the rise velocity of bubbles in turbulence
US10481062B2 (en) Method for improving identification degree of low-luminosity dispersed-phase particles in multiphase system
Merzkirch et al. PIV in multiphase flow
Shy Mixing dynamics of jet interaction with a sharp density interface
Gharib et al. Flow velocity measurements by image processing of optically activated tracers
Thoroddsen et al. Qualitative flow visualization using colored lights and reflective flakes
Bonnet et al. Large-scale structures visualization in a high Reynolds number, turbulent flat-plate wake at supersonic speed
RU67258U1 (ru) Установка для аэродинамических испытаний модели воздухозаборника двигателя летательного аппарата (варианты)
JPS63103940A (ja) 流れの可視化情報検出方法
Zheng An experimental study of wing tip vortex in the near wake of a rectangular wing
Machacek et al. A Quantitative Visualization Method for Wind Tunnel Experiments Based on 3D Particle Tracking Velocimetry (3D‐PTV)
CN209513530U (zh) 一种车内pm2.5实时检测装置
Biskaduros Flow visualization of the airwake of an oscillating generic ship model
Kubesh A laboratory investigation of raindrop oscillations
Ayrault et al. An experimental study on the evolution and dispersion of a cloud of gas heavier than air

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990107