JPS5896238A - 粒子群の平均粒径及び体積濃度測定方法 - 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】 本発明は粒子群の測定解析表示方法に関する。

例えば、エンジンの燃料噴射装置の噴射ノズルから燃料
を噴霧粒として燃焼室内に噴射する場合、燃焼を完全燃
焼させるためには噴霧粒の粒径、粒子濃度、速度がどの
程度の大きさか、噴霧粒の分布が最適であるかなど、燃
料噴霧粒の粒子径、濃度および速度の大きさ、その分布
や変化を知ることが必要になる。また化学反応塔内での
化学反応を有為に保つためには反応物質の気液、固液、
固気などの二相流の構造や特性及び混合形成過程などを
詳細に知る必要が生ずる。そしてここで測定対象となる
粒子群は比較的濃度の高いものが多い。

比較的高濃度の噴霧粒の粒径、粒子濃度や挙動などを従
来は高速度撮影法やホログラフィ法などで測定してきた
が、通常の高速度写真では粒子径も粒子濃度も定量測定
ができないという欠点があった。またホログラフィ法は
噴霧粒の１個ずつの粒子像からそれらの粒径、粒子濃度
を求めようとするもので、噴霧濃度が高くなると１個ず
つの粒子の映偉が再生されなくなるから、この方法は比
較的濃度の薄い噴霧の測定にしか適用できないという欠
点を有している。

その他の粒子径、粒子濃度の測定法としては光散乱粒子
カウント法や光減衰法などがあるが、前者は噴霧粒子濃
度が比較的薄い噴霧の一点通過時間粒度分布測定法であ
り、比較的濃度の濃い噴霧は測定できず、粒子群の空間
分布測定には不向きである。これに対して後者は前者の
方法に比べ比較的高濃度の噴霧の測定に適用されるが、
粒子径と粒子数及び噴霧厚さの情報の分離ができず、平
均粒径か粒数を仮定しないと粒子濃度や粒子径の算出が
出来ないという欠点がある。更に前方微小角散乱法（フ
ラウンホーファ回折法）や前方二定角画儂法などの測定
法があるが１．これらは粒子径分布の形又は粒子径を仮
定し、粒子径と粒子数を分離する方法がとられるため、
粒子径、粒子数の測定が不正確にガるという欠点がある
。またこれの最大の欠点は粒子濃度が高くなると多重散
乱の影響により、散乱角が粒子濃度により異なり、同一
粒径の粒子でも粒子濃度の高さによって測定値が異なる
ということが起こる。従ってこの方法では比較的濃度の
濃い粒子群の測定は不可能である。

本発明の目的は従来の測定法では不可能であった比較的
高１１度の高速非定常噴霧等やその他の気液、固液、固
気二相流などに関する粒子群の粒子濃度、粒子径及び速
度の瞬時、瞬時の空間分布を非接触で定量的に測定し、
それらを表示するための粒子群の測定解析表示法を提供
することである。

本発明の特徴は、粒子群に光を照射し、粒子群を透過す
る光と、粒子群により少なくとも一部が上記透過光と異
なる方向へ散乱される光とをつくり、上記透過光と散乱
光を弁別して受光し、上記透過光と散乱光の有する情報
に基づいて所望の演算を行ない、その結果を表示するこ
とにある。

以下、本発明による比較的高濃度の粒子群の粒子濃度、
粒子径及び速度の瞬時の空間分布の測定方法を図面を参
照して詳細に説明する。

第１図において噴霧粒子群に平行な入射光Ｉ。

が照射されたとき、前方透過光Ｉ？と後方散乱光Ｉｎに
は噴霧粒群の粒子径と粒子数、噴霧厚さくｔ）の情報が
それぞれ含まれている。すなわち、粒子群の中に入った
光はつぎつぎと粒子によって散乱されるため、その前方
透過光強度Ｉ丁は噴霧粒子群の単位体積中に含まれる粒
子の粒径ｒの２乗とその粒数ｎ　（ｒ）の積の総和と噴
霧厚さｔの積に比例し指数山数的に減衰する。また後方
への散乱光は噴霧粒子群に入り減衰し粒子の体積濃度に
比例した大きさで反射され更に減衰しながら後方に出て
くる。従って後方散乱光強度Ｉｓは簡単に言えば単位体
積中に含まれる粒子群の粒径ｒの２乗と粒数ｎ（「）の
積の総和と噴霧厚さｔとの積の２乗に比例して指数山数
的に減衰する項と体積濃度に比例した大きさの散乱光強
度を有する項との積として表わされる。このことは噴霧
濃度が比較的濃い場合にも成り立つ理論である。

そこで噴霧粒子群の前方透過と後方散乱の２つの光散乱
画像から噴霧厚さの情報を消去し、噴霧粒径と粒子数の
合成結果である噴霧の体積濃度を前方透過と後方散乱の
２つの画像濃度の合成によって求めることができる。更
に平均粒子径は体積濃度が求まっているからホログラフ
ィ的に画像から求めた噴霧の厚さと２つの画像濃度の差
によって求めることができる。従って前述した従来の測
定法などでは測定が不可能であった比較的高濃度の噴霧
の体積濃度、平均粒径の測定が可能となる。

またこの測定法では瞬時瞬時の噴霧の光散乱強度の空間
分布を撮影することから、噴霧粒子群の体積濃度並びに
平均粒径の瞬時的な空間分布カニ　潴１１定でき短時間
の体積濃度の画像的変化力・ら噴霧粒群の速度の空間分
布が定量的に求められる。

次に、本発明による測定解析表示方法を実施するだめの
装置の一実施例を第２図に基づき説明する。

レーザ１から出たコヒーレント光はレンズ２で拡げられ
ノ・−フミラー３を通してレンズ４で平行光とされる。

ノズル１３から被測定用噴霧７５：平行光束中に噴射さ
れる。噴霧は光学系を汚さないために吸引器１４で軽く
吸引されている。被１１１定噴霧の細土には噴霧などで
汚されない位置に光透過および散乱強さを定量するだめ
の標準片であるグレースケール１５が設置されている。

被測定噴霧を透過した減衰光はじンズ５で収束され、ミ
ラー又はノ・−フミラー６で反射され、レンズ７に入り
、更にホログラム乾板またはホログラム受光器８で受光
され、第３図（８）に示される噴霧の前方透過光による
光減衰偉を得る。尚ホログラム受光器８は被測定噴霧と
光学的に等位置にある。

一方噴霧の後方散乱光はレンズ４、ノ・−フミラー３、
レンズ１１を経てホログラム乾板または光受像器１２で
受光され、第３図［Ｆ］）に示される後方散乱光像をつ
くる。

ホログラム受光器８と１２で得られた第３図囚および（
２）に示される前方透過像と後方散乱像の現儂再生像か
または光受像器での再生像の光濃度分布は２台のコンピ
ュータ用ビデオカメラ１６゜１７で受光され同時にイン
ターフェイス１８を介して演算装置、例えばコンピュー
タ１９に取込まれる。尚ホログラム受光器８，１２の画
像濃度はビデオカメラ１６を１台だけ用いて順次に取込
んでもよい。またホログラム受光器１２と８の乾板をは
ずして固定したビデオカメラで撮影してもよい。

コンピュータ１９に取込まれた前方と後方の画像濃度は
各画素についてその濃度がディジタル的に記録され、２
つの画像濃度に木づき噴霧の体積濃度が演算処理される
。その結果、ディスプレイ２０に噴霧の空間的な濃度分
布が第４図に示されるように定量的にマツプ化され、濃
度が１２段階程度に色表示される。

噴霧粒径は第５図に示されるようにコンピュータ１９に
おける同様な操作によりその分布がディスプレイ２０に
色表示される。

速度の空間分布についても同様な操作により測定可能で
ある。

以上のように本発明によれば、従来の測定法では不可能
であった比較的高濃度の噴霧粒群についても、その粒子
濃度、粒子径及び速度の瞬時の空間分布が測定でき、こ
れを定量的にマツプとして表示することができる。従っ
て例えば内燃機関等の非定常燃料噴霧の特性、分布状態
や挙動が解明でき、高効率低公害燃焼の研究に役立ち、
ノズルの性能・特性検査などで産業活動に役立つなど、
微粒子に関連する研究や産業活動に多大の貢献ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は噴霧に照射された光の前方透過光と後り図、第
３図（イ）、■は第２図に示される装置において得られ
る噴霧の前方透過光および後方散乱光による画像をそれ
ぞれ示すデータ線図、第４図は第３図囚、■に基づいて
得られた噴霧の体積濃度分布を示すデータ線図、第５図
は第３図（５）、［Ｆ］）に示される画像に基づき得ら
れる粒子径分布を示すデータ線図を示す。 １・・・レーザ、３，６・・・ハーフミラ−１８，１２
・・・ホログラム受光器、１６．１７・・・ビデオカメ
ラ、１８・・・インターフェイス、１９・・・コンピュ
ータ、２０・・・ディスプレイ。 特許出願人　清水　勲 −１８コ 第　３　　図 （Ａ）　　　　　　　　（Ｂ） ！ スフーー暢　　　　　　　ステ１−福 第　４　　力 り　　　　　　　　　　　スフ°ムー幅スフ”Ｌ−＃！
ｌ　（字笥ジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、粒子群に光を照射する第１の工程、粒子群を透過す
   る第１の光と、粒子群により少なくとも一部が上記第１
   の光と異なる方向へ散乱される第２の光とをつくる第２
   の工程、上記第１の光と第２の光をそれぞれ弁別して受
   光する第３の工程、第３の工程で得られた情報に基づき
   所望の演算を行なう第４の工程、°第４の工程で得られ
   た演算結果を表示する第５の工程を含むことを特徴とす
   る粒子群の測定解析表示方法。