JPS5815160A - 流れの可視化実験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、供試物体の周辺を流れる流体の流動状態を可
視化する実験装置に関するものである。

流れの可視化には、従来、下記に示されるよう右、 １、壁面トレース法 ２、タフト法 ３、直接注入法における注入流脈法、注入流跡法４、直
接注入法における懸濁法 ５、直接注入法における表面浮遊法 ６、電気制御法における水素気泡法 ７、化学反応法 ８、光学的方法 ば方向、速さ、流跡、流線等に対応して前記多数の方法
の内、いず扛か一つの方法を選択して可視化実験全行な
っていた。

また水は空気に比べて動粘性係数が約１桁小さいため、
流体力学的相似則の観点から実機と模型の各レイノルズ
数を合致せしめる必要性により。

水を用いた方が模型の縮尺、流速の面で有利なことがあ
る。

さらに水を利用した実験装置では、曳行水槽と回流水槽
があり、流体に乱れをみえずに船舶のような供試物体の
抵抗を正確に計測するには、曳行水槽が好ましいが、上
流と下流に助走と予備の区間が必要でかつ成る程度の長
さの走行区間が必要なため、水槽全長が長くなり、高速
になるにつれてさらに水槽全長が延長し、また供試体に
自航動力がない場合には、水槽両側にレールと定速制御
走行装置が必要となり、さらに可視化のためのトレーサ
供給装置、照明装置、撮影装置等を走行装置上に設置し
、あるいは別途走行させる必要があり、しかも供試体に
自航動力がある場合に−は、可視化のための照明装置を
全範囲に亘り設置しもしくは撮影装置と＼もに駆動させ
る必要があり、その結実装置全体が大型化して設備費が
高くなり。

広大な場所が必要となった。

これに反して回流水槽では、水を循環させるため、装置
全体が小型化し、また供試物体全停止させることができ
るので、可視化のためのトレーサ供給装置、照明装置、
撮影装置等も定置式となり。

従って装置全体が小型化してコストが安い利点があった
０ しかし回流水槽では、ポンプ等の流体加速部にれの状態
が実機と異なる慣れがあるＴこめ、整流格子や多孔板等
の整流素子を注意深く設置する必要があるもの＼、実験
の内容に対応してその整流の程度が異り、従って従来で
は、第１図ないし第３図に図示のような形式の回流水槽
があっ１こ。

第１図に図示の一部開放型鉛直回流水槽は、循環水路ａ
、ポンプｂ、整流部Ｃおよび測定部ｄよジなり、同水槽
では、循環水路ａが鉛直面に沿って形成されているため
、構造が簡単でかつ小型で設置場所が狭くてよく、コス
トが安いが、測定部ｄの下流側循環水路ａ’Ｆ１密閉さ
扛ているため、トレーサ回収機器の交換が困難であった
。

また第２図に図示の全面開放型水平回流水槽では、水平
循環水路ｅＫ、モータｆにより回転されるプロペラｇが
配設されており、構造は、簡単であるもの＼設置場所が
広くなＶ％測定部ｄの下流側には落差がないため、トレ
ーサーの回収が困難であったＯ さらにまた第３図に図示の地下タンクｈ全備えた全面開
放型回流型水槽では、地下タンクｈに加えて上流水溜水
槽ｉおよび流量調整弁ｊがさらに必要となり、装置全体
が大がかりとなってコストが高くなった。

その外に密閉型回流水槽（図示されず）があるが、同水
槽では同水槽内の水を大気圧より外れた状態に設定する
ことができるため、キャビテーションが発生するような
状態で流体の性状全観測できるもの＼、密閉型であるγ
こめ、整流部、可視化器材等の設置に制限があり、ま１
こその交換が頗る困難であり、開放型では測定できない
ような特殊だ流れの可視化実験装置の改良に係り、流体
加速部、流量調節弁、上流水溜、下流水溜および測定部
よりなる一部開放型鉛直回流水槽において、前記上流水
溜に隣接しＴこ前記測定部上流側に種類の異なる複数の
整流素子を出没自在に浸漬しうる整流部と、前記測定部
に種類の異なる複数の可視化用器具を着脱自在に装着し
うる可視化用器材部と。

前記下流水溜に種類の異なる複数のトレーサー回収素子
を着脱自在に装着しうるトレーサー回収部と、前記測定
部で供試模型を着脱自在に装着する供試模型取付部、と
、前記下流水溜の水位を調整する下流水溜水位調整部と
を有することを特徴とするもので、その目的とする処は
、多種類の可視化実験を容易に行なうことができる構造
が簡単でコストの安い装置を供する点にある。

本発明に前記しＴこように流体加速部、流量調節弁、上
流水溜、下流水溜および測定部よりなる一般けた＼め、
実験の内容に対応した整流の程度に適合しつるように前
記複数の整流素子のいずれか一つを選択しあるいは二つ
以上を適宜組合せて水槽中に浸漬すれば、実験の内容に
適合して整流さ） れた水流が得ら扛る。

また本発明においては、前記一部開放型鉛直回流水槽に
おいて、＠記測定部に種類の異なる複数の可視化用器具
全着脱自在に装着して可視化用器材全形成し１こ＼め、
実験の種類に適合し１こ０Ｔ視化用器具を容易に選択し
て取付けることができ、所要の実験を能率良く遂行する
ことができる。

さらに本発明では、前記下流水溜に種類の異なる複数の
トレーサー回収素子を着脱自在に装着してトレーサ回収
部を形成した＼め、どのようなトレーサを用いても容易
にトレーサを回収して、長時間に亘る実験を行なうこと
ができる。

さらにまた本発明においては、前記測定部で供試模型を
着脱自在に装着する供試模型取付部を形成した＼め、形
状、大きさ゛の異なる供試模型を簡単に取換けて装着す
ることができ、所要の実験を能率良く行なうことができ
る。

しかも本発明においては、前記下流水溜の水位を調整す
る下流水溜水位調整部全形成した＼め：前記水槽への注
水または排水を行なうことなく。

測定部の水位を自由に調整で訃内部流実験、即ち三次元
実験と表面流実験とを容易に行なうことができる。

また本発明における水槽は一部開放型鉛直回流水槽であ
る１こめ、同水槽の据付は面積が狭くて足り、全体とし
て小型でき、その結果コストが安い。

さらに本発明では、前記し１こ各構成要素を具備してい
るため、小型であるにもかＸわらず、各種の実験を容易
に行なうことができ、流体力学の教育まタハ流体機器の
機能、特性を説明する１こめの販売、展示等に適してい
る。

以下第４図ないし第１４図に図示され１こ本発明の一実
施例について説明する。

１は横断形状が矩形でかつ側面形が門状に形成された一
部開放型鉛直回流水槽（以下単に水槽と称す）で同水槽
ｌの一方に下流水溜２．他方に下流水溜４およびその中
間上方に測定部３がそれぞれ設けられ、同上流水溜２．
測定部３および下流水溜４の各上方は大気に開放され、
同上流水溜２および下流水溜４の底部は連結管５で相互
に連通され、同連結管５にはポンプ６および流量調節弁
７が介装され、同上流水溜２および連結管５との接続部
には流速指示計８が付設されている。

また＠記上流水溜２内の流路形状は緩やかな断面形状、
断面面積の変化となるように形成されるとと＼もに、同
上流水溜２の上下いずれか一方または両方［ば、必要に
応じて水流が緩やかに方向を変えうるようなコーナベー
ン（図示されず）が設けら扛ている。

さらに前記上流水溜２１′ｃ隣接した測定部３の上流側
には、断面形状が正方形、矩形、三角形１円形等の整流
格子１０（格子の板厚はできるだけ薄く平面に近い形状
が好ましい）、薄板に同径の孔を井桁状または千鳥状あ
るいは放射状に穿設した多孔板１１および数十メツシュ
から数百メソシュにも亘る数枚°の金網１２とよりなる
整流部９が配設され。

の突出部１３が突設され、前記整流素子１０、ｌ］、１
２の上端−側に円筒部１４が固着されており１同円筒部
１４を突出部１３にそのま＼嵌合支持させるかあるいは
円筒部１４に設けられた孔（図示されず）を突出部１３
に係合させて支持させておき、必要に応じてこれら整流
素子１０．１１．１２’に取外して測定部３の上流側に
浸漬し１図示されない固定手段等で固定するようになっ
ている（なお整流素子１０，１１゜１２？：必要に応じ
て流れ方向に移動調節した後固定しうるように形成して
もよい。） さらにまた第６図に図示するように、上流側壁と下流側
壁とに多数の孔１５ｉ形成した容器１６にコークスの如
き多孔質不規則団塊状部１７ｉ充填し１こ素子ｔ８２必
要に応じて測定部３の上流側に浸漬してもよく、このよ
うな素子１８ヲ浸漬した場合には。

流ｆ′Ｌに不規則性が生じて堰の実験に適する。

図面％に第４図には詳細に図示さ扛ていないが。

測定部３の両側には１表面流実験用固定トレーサ（おが
くずの如き）供給装置台、注入流派用色素トレーサ注入
装置台、水素気泡用電極取付枠、タフトグリッド用フレ
ーム、カメラ台、照明装置等の可視化用器具が配設され
、台から直接または測定部３の上縁に沿って配置された
レールもしくはｐＨ定部３の側壁の溝によって適宜移動
、位置決めが可能なように可視化用器材部が構成されて
いる。

また測定部３と下流水溜４とは堰板１９で仕切られ、同
下流水溜４の上部にはトレーサ回収部２０が配設されて
いる。

前記トレーサ回収部２０ハ１表面流実験用固体粒子トレ
ーサ回収網１色素トレーサ脱色装置、水素気泡トレーサ
回収装置、ごみ付着装置（いずれも具体的には図示さ扛
ず）等のトレーサ回収素子よりなり、これらトレーサ回
収素子は下流水溜４の上端開口より装入されあるいは取
出されるようになっている。

さらに前記測定部３には、供試模型取付部２１が配設さ
れている。

前記供試模型取付部２１では、第７図ないし第８図に図
示されるように、透明測定部底壁２２に開口部２３が形
成ケれ、同開口部２３に透明または不透明地面板２４が
止め螺子５で水密かつ着脱自在に装着され、同地面板２
４ヲ下方から上方に向けて貫通した止め螺子２６で供試
模型２７が着脱自在に取付けられるようになっている。

さらにまた前記下流水溜４におけるトレーサ回収部２０
の下方には、下流水溜水位調整部２８が配設され、同水
位調整部２８ば、第９図ないし第１１図に図示されるよ
うに、側壁に開口２９が形成され、容積が大きく中央に
先細の円錐形孔ψ】が形成された中空の仕切板３１が水
密にかつ側方へ出没自在に嵌装され、同仕切板３１に取
手３２が一体に装着されている。なお３３は水密保持用
のシールで、仕切板３１の奥にストツバ−３４が付設さ
れているしかして測定部３の底壁下面には、５枚のビニ
ールの如き可撓性シート３５が第１４図に図示のような
、断面渦巻き状容器３８内の芯３７に巻装きれ、同同シ
ート３５には第１２図の如き基準線、網目が記入されあ
るいは全く記入されず、白、黒その他の色彩のに着色さ
れている。なお３６ハシ一ト係止部である。

第４図ないし第１４図に図示の実施例は前記したように
構成されているので、ポンプ６を駆動し。

流量調節弁７を適当な開度に絞ると、水はポンプ６にて
加速されそ上流水溜２Ｖｃ送られ、Ｓ同上流水溜２の上
部から整流部９に達する。

整流部９においては、ポンプ６１で生じた旋回流は整流
格子１０ニより小さく分断され、整流格子１０との粘性
摩擦で軸方向へ整流され、多孔板１１において、その前
後の流れ抵抗により不均一な流速分布が修正され、金網
１２でさらにきめこまかく流速分布が修正される。

整流された水は、実験目的に適合したトレーサーが供給
され、あるいに発生され、そのトレーサーが供試模型２
７の近くを流量る状況が目視、カメラ、ストロボカメラ
等の撮影装置により観測１表示、記録等がなされる。

そして測定部３を流過したトレーサを含んだ水は下流水
溜４中のトレーサ回収部２０ヲ通過する際に同トレーサ
回収部２０によリトレーサが回収されポンプ６で再び水
は加速さ扛、水は一部開放型鉛直回流水槽１内を回流す
ることができ、所要の可視化実施例が遂行される。

前記可視化実験において、流速の調整は流量調節弁７の
開閉により行なわれる。

また測定部３の流速が比較的小さくても流れに乱れがな
く均一さが必要される色素流脆性、水素気泡法の場合に
は、一つの升目の開口面積δ２が小さく流れ方向の長さ
ｔの長いＣ１／δの大きい）整流格子１０ヲ測定部３の
上流側に浸漬し、開口比ｍ（＝ａ／Ａ孔の面積ａ、流路
の断面積Ａ）が小さい多孔板１１およびメツシュの大き
い金網１２ヲ用いればよく、流れの乱れや均一さが厳密
に要求さｎないが流速が大きいことが要求される場合に
は。

逆にすればよい。

しかも開口部、孔の大きさと＼もに流れの状況に応じて
各素子間の距離を変更すればよい。

さらに堰のように僅かに乱れた流れを与える場合には、
コークスの如き多孔質不規則団塊状部１７を充填した素
子１８を測定部３の上流側に配置すればよい。

さらにまた供試模型２７を交換するには、地面板２を取
外した後、供試模型２７ヲ交”換して地面板２に取付け
、同地面板２を再び取付けｎばよい。

しかも供試模型２７の位置決めには、網目の入ったシー
ト３５ヲ測定部３の下方に張設丁ればよく。

実験の種類に応じ観察、撮影に最も適したシート３５を
張変え扛ばよい。

またトレーサの種類に応じたトレーサ回収素子を下流水
溜４の上方から適宜交換して装入すればよいＯ さらに二次元実験として自由表面上の流れを観測するた
めに１表面流実験用固体粒子トレーサを供給する場合に
ば、前記下流水溜水位調整部２８における取手３２ヲ外
方へ引張り、仕切板３１金下流水溜４より引出すと、同
下流水溜４の体積が増大し。

堰板１９の上流側と下流側との落差が大きくなり。

堰板１９の下流側に表面流実験用固体粒子トレーサ回収
金網を張設すｎば、容易にかつ確実に水面を浮遊するト
レーサを回収することができる。

さらにまた気泡の混入を極端に避けなければならない場
合には、前記仕切板３１ヲ下流水溜４に突入し、同下流
水溜４の体積を減少させれば、堰板１９の上流側と下流
側との落差が減小し、気泡の混入が未然に阻止される。

しかも堰板１９の下流側と下流側との落差を変更する際
に、水槽ｌ内の水を排出しまたは外から注水する必要が
ないため、水の無駄がなく、シかも注水の際の気泡の混
入がなくて、無気泡の実験が確実に遂行される。

第４図ないし第１４図に図示の実施例では、透明測定部
底壁２２に開口部２３ヲ形成し、間開ロ部２３ヲ地面板
２４で遮いでいた＼め、仕切板３１の体積が左程大きく
なくて水槽１内の水位を底壁２２より下方へ低下させる
ことができない場合には、供試模型２７の交換の際に、
水槽１内の水を一部排水する必要があるが、第１５図な
いし第１６図に図示するように透明測定１部底壁２２に
凹部３９ヲ形成し、予め供試模型２７ヲ装着した地面板
２４ヲ同凹部３９に嵌合し。

螺子４０で底壁２２に地面板２４ヲ固定してもよい。

また第１７図に図示するように、測定部３の両側壁４１
に架渡固定された支持部材４２に供試模型２７ヲ螺子４
３で固定してもよく、二次元実験に適する。

さらに地面を走行する自動車の周りの空気の流動情況を
調べる際には、第１８図に図示するように、底壁２２に
支柱４４１ｃ装着し、同支柱４４上の地面板４５に自動
車模型４６ヲ取付ければよい。

さらに測定部底壁２２ヲ水面よ６露出させずに供試模型
２７を簡単に着脱するには、第１９図ないし第２２図に
図示するように測定部３の底部を構成すればよい。

即ち測定部底壁２２に円孔４７ヲ形成し、同円孔４７と
同一径で中心に螺子孔４８ヲ設けた支持板４９ヲ底壁２
２の下面に同心状で水密に貼着し、供試模型（図示され
ず）の底面に前記円孔４７に嵌合し螺子孔４８に螺合す
る螺子部（図示されず）を固着してもよい。供試模型を
取付けない場合には、第２１図ないし第２２図に図示の
ような盲栓５０ヲ螺着丁ればよく、同盲栓５０を着脱す
るには、第２３図に図示のような工具５１ヲ用いるとよ
い。

さらにまた供試模型２７の着脱をさらに簡単に行なうた
めに、第２４図ないし第２６図に図示のような装着金具
５２ヲ形成し、供試模型２７の底面に同装着金具５２の
係合凹部５３に係脱自在に係合する係止金具５４全装着
し、同係止金具５４ヲ係合凹部５３に係合した後、９０
・旋回すれば、供試模型２７を測定部底壁２２に装着す
ることができる。

′！！た供試模型２７の設定高さを自由に調整する１こ
めに、第２９図ないし第１図に図示するように構成して
もよい。

第２９図ないし第；引回に図示の実施例では、測定部底
壁２２の下面に装着プラグ５５が水密に装着され。

同底壁２２およびプラグ５５ヲ貫通して昇降支柱５６が
遊嵌され、その間隙部にリング状シール材５７が嵌合さ
れ、装着プラグ５５に固定金具５８が螺着され。

支柱５６の頂部と供試模型２７とは連結螺子５９で着脱
自在に連結されるように構成されている。

さらに連結螺子５９の代りに、支柱５６の頂端に柄６０
ｉ突出させ、図示さ扛ない供試模型の底面にげ柄孔を形
成し、嵌脱自在に嵌合させるように形成してもよく、あ
るいは支柱５６の頂端に磁石６１（ｉｌｌ−埋設し、供
試模型の底面に鋼板全張設してもよい。

さらにまた供試模型２７全底壁２２に固定するために、
＠記したような磁性を利用してもよい。

最後に、下流水溜水位調整部２８の他の実施例について
説明する。

まず第３３図ないし第讃図に図示するように、什切板６
０に４個の断面正方形の孔６１　を正方形状に設けても
よく、このようにすると、下流水溜４を流れる水の流速
分布を均一化することができる。

また下流水溜４の底部近くに、膨軟時には第９図ないし
第１１図に図示のような仕切板３１に近い形状ヲするゴ
ム製の中空袋６２ヲ形成し、堰板１９の前後に落差をつ
けない場合には、中空袋６２　Ｋ圧カ空気を注入して同
中空袋６２ヲ膨張させてがら栓６３で密封ｊｆＬばよく
、逆の場合には、栓６３ヲ抜いて封入空気を排出すれば
よい。

なお６４は膨張時における中空袋６２の支持板である。

さらに下流水溜４の側壁全柔軟性に富むゴム板６５で形
成し、その両側に左右１対の抑圧部材６６ヲ配設し、下
流水溜４の容積を減少させるには、押圧部材６６ヲ相互
に接近させるように移動させればよい。

さらにまた測定部３と下流水溜４を相互に分割し、水密
を保ったま＼両者を相対的に上下に移動させ、かつ連結
管５をゴム管で形成してもよく。

前記したと同様な作用効果を奏しつる。

以上本発明を図面に図示された実施例および図面に図示
されない実施例について詳細に説明し１こが２本発明は
このような実施例に限定されることなく２本発明の精神
を逸脱しない範囲内で必要に応じて適宜自由に設計改変
を施しつるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそ扛ぞ肛従来の流れの可視化実施
装置における水槽の概略全図示し１こ斜視図、第４図は
本発明に係る流れの可視化実験装置の一実施例の全体を
図示した斜視図、第５図はその整流部の正面図、第６図
は特殊な整流部の斜視図、第７図は前記実施例の測定部
平面図、第８図はその縦断側面図、第９図および第１０
図は前記実施例の下流水溜水位調整部の縦断側面図で、
第９図は仕切板を押込んだ状態、第１０図ばこ、ｆ’Ｌ
ｋ引出した状態をそ扛ぞれ示し、第１１図はその要部イ
面図、第１２図は供試模型位置設定用シートの平面図。 第１３図はその仰１面図、第１４図はその収納部分の横
断側面図、第１５図は測定部における他の実施例の平面
図、第１６図はその縦断側面図、第１７図ないし第１９
図はそれぞれ測定部におけるさらに他の実施例の斜視図
、側面図、平面図、第２０図は第１９図のｆｆ−ＩＸ線
に沿って截断した縦断側面図、第２１図は第２０図に図
示された支持板に装着される盲栓の縦断側面図、第２２
図はその平面図、第２３図はその盲柱着脱用の工具を図
示した側面図、第２４図は第１９図ないし第２０図に図
示された支持板に着脱自在に取付けられる装着金具の平
面図、第５図および第２６図は第２４図のｍ−バーおよ
び’Ｍ−Ｗに沿って截断した横断面図、第２７図は同装
着金具に装着される供試模型の一部側面図、第２８図は
その底面図。 第２９図は測定部におけるさらに他の実施例の縦断側面
図、第茄図は同実施例における供試模型との連結状態を
図示した縦断側面図、第３１図は他の連結状態を図示し
た要部側面図、第３２図はさらに他の連結状態を図示し
た要部縦断側面図、第３３図は下流水溜における他の実
施例の側面図、第３４図はその平面図、第３５図ないし
第３６図は下流水溜におけるさらに他の実施例の縦断側
面図で、第３５図は膨張状態を、第３６図は収縮状態を
それぞ扛図示し、第３７図は第３５図の平面図、第３８
図は下流水溜におけるさらに他の実施例の縦断側面図で
ある。 １・・・一部開放型鉛直回流水槽、２・・・上流水溜。 ３・・・測定部、４・・・下流水溜、５・・・連結管、
６・・・ポンプ、７・・・流量調節弁％８・・・流速指
示計、９・・・整流部、１０・・・整流格子、１１．−
・多孔板、１２・・・金網、　１３・・・突出部、１４
・・・円筒部、１５・・・孔、１６・・・容器、　１７
・・多孔質不規則団塊、１８・・・素子、１９・・・堰
板、２ｏ・・・トレーサ回収部、２１・・・供試模型取
付部、２２・・・透明測定部底壁、２３・・・開口部、
２４・・・地面板、５・・・螺子。 ２６・・・止め螺子、２７・・・供試模型、２８・・・
下流水溜水位調整部、２９・・・開口、；引・・・円錐
形孔、３１・・・仕切板。 ３２・・・取手ｈ３３　・・・シール、３４・・・スト
ソバ−，３５・・・可撓性シート、３６・・・シート係
止部、３７・・・芯、３８・・・容器、３９・・・凹部
、４０　　・・螺子、４１・・・測定部両側壁、４２・
・・支持部材、４３・・・螺子、４４・・・支柱、４５
　・地面板。 ４６・・自動車模型、４７・・・円孔、４８・・・蝉子
孔、４９・・支持板、５０・・・盲栓、５１・・・工具
、５２・・・装着金具、５３・・・係合凹部、５４・・
・係合金具、５５・・・装着プラグ、５６・・・昇降支
柱、５７・・・リング状シール材、５８・・・固定金具
、５９・・・連結螺子、６０・・・仕切板、６１・・・
孔、６２・・・中空袋。 ６３・・・栓、６４・・・支持板、６５・・・ゴム板、
６６・・・抑圧部材。 代理人　弁理士　江　原　　　望 外１名 手続補正書 昭和５６年１２月１０日 特許庁長官　島田春樹　殿 １、事件の表示 〆 昭和５６　年　特　許　願第１１３５４４　　号２、発
明の名称　流れの可視化実験装置３、　補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ６、　補正により増加する発明の数　　　な　　した全
面開放型回流型水槽では、地下タンクｈに聞えて上流水
溜水槽１および流量調整弁Ｊがさらに必要となり、装置
全体が大がかりとなってコストが高くなった。 その外に密閉型回流水槽（図示されず）があるが、同水
槽では同水槽内の水を大気圧より外れた状態に設定する
ことができるため、キャビテーショシが発生するような
状態で流体の性状を観渭［できるもの＼、密閉型である
ため、整流！、可視化器材等の設置に制限があり、また
その交換が頗る困難であり、開放型では測定できないよ
うな特殊な実験に用いられていた。 本発明は前記した従来の半密閉型回流水槽を用いた流れ
の可視化実験装置の改良に係り、流体加速部、流量調節
弁、上流水溜、下流水溜および測定部よりなる一部開放
型鉛直回流水槽において、前記上流水溜に隣接した前記
測定部上流側ｔこ種類の異なる複数の整流素子を出没自
在に浸漬しうる整流部と、前記測定部に種類の異なる複
数の可視化用器具を着脱自在に装着しうる可視化用器材
部と、前記下流水溜に種類の異なる複数のトレーサー回
収素子を着脱自在に装着しうるトレーサー回収部と、前
記測定部で供試模型を着脱自在に装着する供試模型取付
部と、前記下流水溜の水位を調整する下流水溜水位調整
部とを有することを特徴とするもので、その目的とする
処は、多種類の可視化実験を容易に行なうことができる
構造が簡単でコストの安い装置を供する点にある。 本発明は前記したように流体加速部、流量調節弁、上流
水溜、下流水溜および測定部よりなる一部開放型鉛直回
流水槽において、前記上流水溜に隣接した前記測定部上
流側に種類の異なる複数の整流素子を出没自在に浸漬し
うる整流部を設けたため、実験の内容に対応した整流の
程度に適合しうるように前記複数の整流素子のいずれか
一つを選択しあるいは二つ以上を適宜組合せて水槽中に
浸漬すれば、実験の内容に適合して整流された水流が得
られる。 また本発明において鵠、前記一部開放型鉛直回流水槽に
おいて、前記測定部に種類の異みる複数の可視化用器具
を着脱自在に装着して可視化用器材を形成した＼め、実
験の種類に適合′した可視化用器具を゛容易に選択して
取付けることができ、所要の実験・を能率良く遂行する
ことができる。 さらに本発明では、前記下流水溜に種類の異なる複数の
トレーサー回収素子を着脱自在に装着してトレーサー回
収部を形成した＼め、どのようなトレーサを用いても容
、易にトレーサを回収して、長時間に亘る実験を行なう
ことができる。 さらにまた本発明においては、前記測定部で供試模型を
着脱自在に装着する供試模型取付部を形成した＼め、形
状、大きさの異、なる供試模型を簡単に取換けて装着す
ることができ、所要の実験を能率良く行なうことができ
る。 しかも本発明においては、前記下流水溜の水位を調整す
る下流水溜水位調整部を形成した＼め、前記水槽への注
水または排水を行なうことなく、測定部の水位を自由に
調整でき、内部波実験、即ち三次元実験と表面流実験と
を容易に行なうことができる。 また本発明における水槽は一部開放型鉛直回流水槽であ
るため、同水槽の据付は面積が狭くて足り、全体として
小型でき、その結果コストが安い。 さらに本発明では、前記した各構成要素を具備しでいる
ため、小型であるにもか＼わらず、各種の実験を容易に
行なうことができ、流体力学の教育または流体機器の機
能、特性を説明するための販売、展示等に適している。 以下第４図ないし第１４図に図示された本発明の一実施
例について説明する。 １は横断形状が矩形でかつ側面形が門状に形成された一
部開放型鉛直回流水槽（以下単に水槽と称す）で同水槽
１の一方に上流水溜２、他方に下流水溜４およびその中
間上方に測定部３がそれぞれ設けられ、同上流水溜２、
測定部３および下流水溜４の各上方は大気に開放され、
同上流水溜２お１び下流水溜４′）底］憑連結管５″′
″相互４′″連通され、同連結管５にはポンプ６および
流量調節弁７が介装され、同上流水溜２および連結管５
との接続部には流速指示計８が付設されている。 また前記上流水溜２内の流路形状は緩やかな断面形状、
断面面積の変化となるように形成されると＼もに、同上
流水溜２の上下いずれか一方または両方には、必要に応
じて水流が緩やかに方向を変えうるようなフーナベーン
（ＵＡ示されず）が設けられている。 さらに前記上流水溜２に隣接した測定部３の−に流側に
は、断面形状が正方形、矩形、二角形、円形等の整流格
子１０（格子の板厚はできるだけ薄く平面に近い形状が
好ましい）、薄板に同径の孔を井桁状または千鳥状ある
いは放射状に穿設した多孔板１１および数十メツシュか
ら数百メツシュにも亘る数枚の金網１２とよりなる整流
部９が配設され、これら各整流素子１０．１１．１２は
、第５図に図示されるように、測定部３の上流側両側壁
頂端に突軸等の突出部１３が突設され、前記整流素子１
０．１１、】２の上端−側に円筒部１４が固着されてお
り、同円筒部１４を突出部１３にそのま＼嵌合支持させ
るかあるいは円筒部１４に設けられた孔（図示されず）
を突出部１３に係合させて支持させておき、必要に応じ
てこれら整流素子１０．１１．１２を取外して測定部３
の上流側に浸漬し、図示されない固定手段等で固定する
ようになっている（なお整流素子１０．１１．１２を必
要に応じて流れ方向に移動調節した後固定しうるように
形成してもよい。） さらにまた第６図に図示するように、上流側壁と下流側
壁とに多数の孔１５を形成した容器】６にコークスの如
き多孔質不規則団塊状部１７を充填した素子１８を必要
に応じて測定部３の上流側に浸漬してもよく、このよう
な素子１８を浸漬した場合には、流れに不規則性が生じ
て堰の実験に適する。 図面特に第４図には詳細に図示されていないが、測定部
３の両側には、表面流実験用固定トレーサ（おがくずの
如き）供給装置台、注入原版用色素トレーサ注入装置台
、水素気泡用電極取付枠、タフトグリッド用フレーム、
カメラ台、照明装置等の可視化用器具が配設され、台か
ら直接または測定部３の上縁に沿って配置されたレール
もしくは測定部３の側壁の溝によって適宜移動、位置決
めが可能なように可視化用器材部が構成されている。 また測定部３と下流水溜４とは堰板１９で什切られ、同
下流水溜４の上部にはトレーサ回収部かが配設されてい
る。 前記トレーサ回収部頷け、表面流実験用固体粒子トレー
サ回収網、色素トレーサ脱色装置、水素気泡トレーサ回
収装置、ごみ付着装置（いずれも具体的には図示されず
）等のトレーサ回収素子よりなり、これらトレーサ回収
素子は下流水溜４の上端開口より装入されあるいは取出
されるようになっている。 さらに前記測定部３には、供試模型取付部２１が配設さ
れている。 前記供試模型取付部２１では、第７図ないし第８図に図
示されるように、透明測定部底壁ｎに開口部％が形成さ
れ、同開口部邪に透明または不透明地面板２４が止め螺
子５で水密かつ着脱自在に装着され、同地面板２４を下
方から上方に向けて貫通した■１−め螺子２６で供試模
型ｎが着脱自在に取付けられるようになっている。 さらにまた前記下流水溜４におけるトレーサ同収部ｍの
下方には、下流水溜水位調整部あが配設され゛、同水位
調整部路は、第９図ないし第゛１１図に図示されるよう
に、側壁に開口部が形成され、容積が大きく中央に先細
の円錐形孔Ｉが゛形成された中空の仕切板３１が水密に
かつ側方へ出没自在に嵌装され、同仕切板３１に取手３
２が一体に装着されている。なおおは水密保持用のシー
ルで、仕切板３１の奥にストッパー調が付設されている
。 しかして測定部３の底壁下面には、５枚のビニールの如
き可撓性シー）３５が第１４図に図示のような、断面渦
巻き状容器関内の？：３７に巻装され、同シー）３５に
は第１２図の如き基準線、網目が記入されあ乞いは全く
記入されず、白、黒その他の色彩のに着色されている。 なお３６はシート係止部である。 第４図ないし第１４図に図示の実施例は前記したように
構成されているので、ポンプ６を駆動し、１′ 流量調節弁７を適当な開度に絞ると、水はポンプ６にて
加速されて上流水溜２に送られ、同上流水溜２の上部か
ら整流部９に達する。 整流部９においては、ポンプ６で生じたＩｋ二回流は整
流格子１０により小さく分断され、整流格−ト１０との
粘性摩擦で軸方向へ整流され、多孔板１１において、そ
の前後の流れ抵抗により不均一な流速分布が修正され、
金網１２でさらにきめこまかく流速分布が修正される。 整流された水は、実験目的に適合したトレーサーが供給
され、あるいは発生され、そのトレーサーが供試模型２
７の近くを流れる状況が目視、カメラ、ストロボカメラ
等の撮影装置により観測、表示、記録等がなされる。 そして測定部３を流過したトレーサを含んだ水は下流水
溜４中のトレーサ回収部加を通過する際に同トレーサ回
収部加によりトレーサが回収されポンプ６で再び水は加
速され、水は一部開放型鉛直回流水槽１内を回流するこ
とができ、所要のｉｒ視化実施例が遂行される。 前記可視化実験に、おいて、流速の調整は流１１十調節
弁７の開閉により行なわれる。 また測定部３の流速が比較的小さくても流れに乱れがな
く均一さが必要される色素流脆性、水素気泡法の場合に
は、一つの升目の開口面積δ２が小さく流れ方向の長さ
ｌの長いＣ１／δの大きい）整流格子１０を測定部３の
上流側に浸漬し、開９口比ｍ（＝ａ／Ａ孔の面積ａ１流
路の断面積Ａ）が小さい多孔板１１およびメツシュの大
きい金網１２を用いればよく、流れの乱れや均一さが厳
密に要求されないが流速が大きいことが要求される場合
には、逆にすればよい。 しかも開口部、孔の大きさと＼もに流れの状況に応じて
各素子間の距離を変型すればよい。 さらに堰のように僅かに乱れた流れを与える場合には、
コークスの如き多孔質不規則団塊状部１７を充填した素
子１８を測定部３の上流側に配置すればよい。 さらにまた供試模型ｎを交換するには、地面板２を取外
した後、供試模型苔を交換して地面板２に取付け、同地
面板２を再び取付ければよい。 しかも供試模型ｒの位置決めには、網目の入ったシート
石を測定部３の下方に張設すればよく、実験の種類に応
じ観察、撮影に最も適したシート３５を張変えればよい
。 またトレーサの種類に応じたトレーサ回収素子を下流水
溜４の上方から適−宜交換して装入すればよい。 さらに二次元実験として自由表面上の流れを観測するた
めに、表面流実験用固体粒子トレーサを供給する場合に
は、前記下流水溜水位調整部公における取手３２を外方
へ引張り、仕切板３１を下流水溜４より引出すと、同下
流水溜４の体積が増大し、堰板１９の上流側と下流側と
の落差が大きくなり、堰板１９の下流側に表面流実験用
固体粒子トレーサ回収金網を張設すれば、容易にかづ一
硲実に水面を浮遊するトレーサを回収することができる
。 さらにまた気泡の混入を極端に避けなければならない場
合には、前記仕切板３１を下流水溜４に突入し、同下流
水溜４の体積を減少させれば、堰板１９の上流側と下流
側との落差が減小し、気泡の混入が未然に阻止される。 しかも堰板１９の上流側と下流側との落差を変りｙする
際に、水槽１内の水を排出しまたは外から注水する必要
がないため、水の無駄がなく、シかも注水の際の気泡の
混入がなくて、無気泡の実験が確実に遂行される。 第４図ないし第１４図に図示の実施例では、透明測定部
底壁ｎに開口部ｎを形成し、同開口部ｎを地面板胴で遮
いでいた＼め、仕切板３１の体積が左程大きくなくて水
槽１内の水位を底壁ηより下方へ低下させることができ
ない場合には、供試模型ｎの交換の際に、水槽１内の水
を一部排水する必要があるが、第１５図ないし第１６図
に図示するように透明測定部底壁ρに凹部３９を形成し
、予め供試模型ｎを装着した地面板列を同門部３９に嵌
合し、螺子４０で底壁ｎに地面板列を固定してもよい。 また第１７図に図示するように、測定部３の両側壁４１
に架渡固定された支持部材４２に供試模型ｎを螺子４３
で固定してもよく、二次元実験に適するうさらに地面を
走行する自動車の周りの空気の流動情況を調べる際には
、第１８図に図示するように、底壁ｎに支柱４４を装着
し、同支柱４４上の地面板４５に自動車模型４６を取付
ければよい。 さらに測定部底壁ｎを水面より露出させずに供試模型ｎ
を簡単に着脱するには、第１９図ないし第２２図に図示
するように測定部３の底部を構成すればよい。 即ち測定部底壁ｎに円孔４７を形成し、同円孔４７と同
一径で中心に螺子孔４８を設けた支持板４９を底壁２２
の下面に同心状で水密に貼着し、供試模型（図示されず
）の底面に前記円孔４７に嵌合し螺子孔４８に螺合する
螺子部（図示されず）を固着してもよい。供試模型を取
付けない場合には、第２１図ないし第２２図に図示のよ
うな盲栓間を螺着すればよく、同盲栓（３）を着脱する
には、第お図に図示のような工具５１を用いるとよい。 さらにまた供試模型ｎの着脱をさらに簡単に行なうため
に、第２４図ないし第２６図に１て示のような装着金具
５２を形成し、供試模型ｎの底面に同装着金具５２の係
合凹部５３に係脱自在に係合する係１１−金具５４を装
着し、同係止金具聞を係合凹部５３に係合した後、９ｏ
Ｏ旋回すれば、供試模型ｎを測定部底−壁ｎに装着する
ことができる。 また供試模型ｎの設定高さを自由に調整するた１めに、
第２９図ないし第１図に図示するように構成してもよい
。 第四図ないし第３０図に図示の実施例では、測定部底、
壁ηの下面に装着プラグ５５が水密に装着され、同底壁
ｎおよびプラグ５５を貫通して昇降支柱５６が遊嵌され
、その間隙部にリング状シール材５７が嵌合され、装着
プラグ５５に固定金具５８が螺着され、支柱５６の頂部
と供試模型ｎとは連結螺子５９で着脱自在に連結される
ように構成されている。 さらに連結螺子５９の代りに、支柱部の頂端に柄６０を
突出させ、図示されない供試模型の底面には柄孔を形成
し、嵌脱自在に嵌合させるように形成してもよく、ある
いは支柱５６の頂端に磁石６１を埋設し、供試模型の底
面に鋼板を張設してもよい。 さらにまた供試模型ｎを底壁ｎに固定するために、前記
したような磁性を利用してもよい。 最後に、下流水溜水位調整部あの他の実施例について説
明する。 まず第３３図ないし第調図に図示するように、仕切板６
０に４個の断面正方形の孔６１を正方形状に設けてもよ
く、このようにすると、下流水溜４を流れる水の流速分
布を均一化することができる。 また下流水溜４の底部近くに、膠状時には第９図ないし
第１１図に図示のような仕切板３１に近い形状をするゴ
ム製の中空袋６２を形成し、堰板１９の前後に落差をつ
けない場合には、中空袋６２に圧力空気を注入して同中
空袋６２を膨張させてから栓６３で密封すればよく、逆
の場合には、栓６３を抜いて封入空気を排出すればよい
。 なお６４は膨張時における中空袋６２の支持板である。 さらに下流水溜４の側壁を柔軟性に富むゴム板６５で形
成し、その両側に左右１対の押圧部材６６を配設し、下
流水溜４の容積を減少させるには、押圧部材６６を相互
に接近させるように移動させればよい。 さらにまた測定ヅ３と下流水溜４を相互に分割し、水密
を保ったま＼両者を相対的に上下に移動させ、かつ連結
管５をゴム管で形成してもよく、前記したと同様な作用
効果を奏しうる。 以上本発明を図面に図示された実施例および図１、面に
図示されない実施例について詳細に説明した：′　が、
本発明はこのような実施例に限定されることなく、本発
明の精神を逸脱しない範囲内で必要に応じて適宜自由に
設計改変を施しうるものである。 ４、図面の簡単な説明 第１図ないし第３図はそれぞれ従来の流れの可視化実験
装置における水槽の概略を図示した斜視図、第４図は本
発明に係る流れの可視化実験装置の一実施例の全体を図
示した斜視図、第５図はその整流部の正面図、第６図は
特殊な整流部の斜視図、第７図は前記実施例の測定部平
面図、第８図はその縦断側面図、第９図および第１０図
は前記実施例の下流水溜水位調整部の縦断側面図で、第
９図は仕切板を押込んだ状態、第１ＣＩはこれをり［出
した状態をそれぞれ示し、第１１図はその要部平面図、
第１２図は供試模型位置設定用シートの平面図、第１３
図はその側面図、第１４図はその収納部分の横断側面図
、第１５図は測定部における他の実施例の平面図、第１
６図はその縦断側面図、第１７図ないし第１９図はそれ
ぞれ測定部におけるさらに他の実施例の斜視図、側面図
、平面図、第ｎ図は第１９図の豆−豆線に沿って截断し
た縦断側面図、第２１図は第ｎ図に図示された支持板に
装着される盲栓の縦断側面図、第２２図はその平面図、
第ｎ図はその前柱着脱用の工具を図示した側面図、第２
４図は第１９図ないし第２０図に図示された支持板に着
脱自在に取付けられる装着金具の平面図、第２５図およ
び第２６図は第２４図の■−■線およびｖ錆−ｘｘｖｔ
線に沿って截断した横断面図、第γ図は同装着金具に装
着される供′試模型の一部側面図、第四図はその底面図
、第２９図は測定部におけるさらに他の実施例の縦断側
面図、第（９）図は同実施例における供試模型との連結
状態を図示した縦断側面図、第３１図は他の連結状態を
図示した要部側面図、第３２図はさらに他の連結状態を
図示した要部縦断側面図、第３３図は下流水溜における
他の実施例の側面図、第３４図はその平面図、第あ図な
いし第３６図は下流水溜におけるさらに他の実施例の縦
断側面図で、第お図は膨張状態を、第３６図は収縮状態
をそれぞれ図示し、第３７図は第あ図の平面図、第３８
図は下流水溜におけるさらに他の実施例の縦断側面図で
ある。 １・・・一部開放型鉛直回流水槽、２・・・上流水溜、
３・・・測定部、４・・・下流水溜、５・・・連結管、
６・・・ポンプ、７・・・流量調節弁、８・・・流速指
示計、９・・・整流部・１０・・・整流格子、１１・・
・多孔板、１２・・・金網、１３・・・突出部、１４・
・・円筒部、１５・・・孔、１６・・・容器、１７・・
・多孔質不規則団塊、１８・・・素子、１９・・・堰板
、頷・・・トレーサ回収部、２１・・・供試模型取付部
、ｎ・・・透明測定部底壁、％・・・開口部、Ｕ・・・
地面板、５・・・螺子、Ｉ・・・止め螺子、ご・・・供
試模型、脂・・・下流水溜水位調整部、酋・・・開口、
Ｉ・・・円錐形孔、３１・・・仕切板、３２・・・取手
、北・・・シール、讃・・・ストッパー、あ・・・可撓
性シート、Ｉ・・・シート係止部、３７・・・匙、あ・
・・容器、３９・・・凹部、４０・・・螺子、４１・・
・測定部両側壁、４２・・・支持部材、４３・・・螺子
、４４・・・支柱、４５・・・地面板、４６・・・自動
車模型、４７・・・円孔、４８・・・螺子孔、４９・・
・支持板、関・・・盲栓、５１・・・工具、５２・・・
装着金具、５：３・・・係合凹部、５４・・・係合金具
、５５・・・装着プラグ、５６・・・昇降支柱、５７・
・・リング状シール材、５８・・・固定金具、５９・・
・連結螺子、６０・・・仕切板、６１・・・孔、６２・
・・中空袋、６３・・・栓、６４・・・支持板、６５・
・・ゴム板、６６・・・押庄部材。 代理人　弁理士　江　　原　　　望 外１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体加速部、流量調節弁、上流水溜、下流水溜および測
   定部よりなる一部開放鉛直回流水槽において一前記上流
   水溜に隣接した前記測定部上流側に種類の異なる複数の
   整流素子を出没自在に浸漬しうる整流部と、前記測定部
   に種類の異なる復路の可視化用器具を着脱自在に装着し
   うる可視化用器材部と、前記下流水溜に種類の異なる複
   数のトに一す−回収素子を着脱自在に装着しうるトレー
   サ回収部と、前記測定部で供試模型を着脱自在に装着す
   る供試模型取付部と、前記下流水溜の水位を調整する下
   流水溜水位調整部とを有すると全特徴とする流れの可視
   化実験装置。