JPS60243536A - Three-dimensional visualizing method of flow - Google Patents

Three-dimensional visualizing method of flow

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JPS60243536A
JPS60243536A JP9855284A JP9855284A JPS60243536A JP S60243536 A JPS60243536 A JP S60243536A JP 9855284 A JP9855284 A JP 9855284A JP 9855284 A JP9855284 A JP 9855284A JP S60243536 A JPS60243536 A JP S60243536A
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tracer
flow field
flow
concentration
instantaneously
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Toshiaki Hasegawa
敏明 長谷川
Yasuo Hirose
広瀬 靖夫
Hiroshi Ishikawa
浩 石川
Toshio Abe
俊夫 阿部
Noboru Hisamatsu
暢 久松
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Nippon Furnace Co Ltd
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Central Research Institute of Electric Power Industry
Nippon Furnace Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform three-dimensional analysis, by lighting the flow field of liquid, in which a tracer is dispersed with a uniform concentration, instantaneously, and photographying the scattered light from the tracer. CONSTITUTION:A homogeneous tracer 4 is jetted into a model tank 1 through a jetting port 7, and a flow field is formed. Slit light 5 is instantaneously and also continuously projected with constant relationship from the different places or directions into the flow field. The flow is selectively picked up and visualized by the scattered light from the tracer 4. In synchronization with the instantaneous projection of the slit light 5, high speed photographing is performed. Then the movement of the tracer 4 can be tracked. The phenomenon and the direction of the flow can be accurately observed. The intensity of the scattered light from the tracer 4 is proportional to the concentration of the tracer. The concentration is quantitatively obtained, with the brightness at the outlet of a burner 8 being reference brightness. The high speed photographing is repeated. The change in concentration of the tracer 4 in the same section of the flow field is compared by using the frames of the pictures. Thus the change in brightness can be observed. The time delay of the change in concentration is computed from the frame feeding time of the film. Thus the three-dimensional visualization can be implemented.

Description

【発明の詳細な説明】 1、発明の背景 (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
つであって、流れを三次元において定量的に可視化する
方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] 1. Background of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention is one of the methods for three-dimensional analysis of flow behavior, which quantitatively visualizes the flow in three dimensions. Regarding how to.

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
いったものを、おもな対象とする定性的な観察にとどま
るものが多かったが、最近では、いまだ十分な確度は期
待できないにしても、−発足量的な計測が可能となりつ
つある。
Visualizing the flow is the most common means of observing flow behavior. 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, but recently, Although it is not yet possible to expect sufficient accuracy, it is becoming possible to measure the initial quantity.

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i・レーザ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
を容易にめることができるようになってきた。
For example, from tracer trails obtained using intermittent light,
Alternatively, it has become possible to easily determine the flow velocity distribution of any flow field from a timeline using an electrical control method that can electrically control the generation of the i-laser.

しかし、従来の可視化方法によっ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握できるに止まり、旋回や渦ある
いは揺らぎを伴う立体的な流れ即ら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っていない。
However, when analyzing flow behavior using conventional visualization methods, it is generally based on tracer trails recorded in photographs, etc., so it is only possible to understand the behavior in a planar flow, that is, a two-dimensional flow. However, it has not yet been possible to quantitatively evaluate the mechanism of three-dimensional flow, that is, three-dimensional flow that involves swirls, vortices, or fluctuations.

■3発明の目的 本発明は、流れの三次元解析を実現するため、定性的、
定量的な観測が可能な状態で瞬時に流れの立体的可視化
を達成できる流れの三次元可視化方法を提供することを
目的とする。
■3 Purpose of the Invention The present invention provides qualitative,
The purpose of this invention is to provide a three-dimensional flow visualization method that can instantaneously achieve three-dimensional visualization of flows while allowing quantitative observation.

■1発明の構成 (発明の概要) 斯かる目的を達成するため、本発明の流れの三次元可視
化方法は、微細粒子あるいは微細気泡から成るトレーサ
を均一な濃度で分散させた流体で流れ場を形成する一方
、この流れ場を瞬時に移動する平面的な瞬間照明光で連
続的に流れ場の異なる場所を瞬間照明し、瞬間照明光の
前記トレーサに因る散乱によって可視化された流れ場の
瞬間断面を連続的に高速撮影して立体的可視像を形成す
るようにしたものである。
■1 Structure of the invention (Summary of the invention) In order to achieve the above object, the method for three-dimensional flow visualization of the present invention creates a flow field using a fluid in which tracers made of fine particles or bubbles are dispersed at a uniform concentration. At the same time, different parts of the flow field are continuously illuminated with planar instantaneous illumination light that moves instantaneously through this flow field, and the instantaneous flow field is visualized by scattering of the instantaneous illumination light by the tracer. It is designed to continuously photograph cross sections at high speed to form a three-dimensional visible image.

(発明の詳細な説明) 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。
(Detailed Description of the Invention) Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an embodiment 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、流れ場を再現するモデル槽1と、このモデル槽
1にトレーサ4を均一な濃度で分散させた流体を例えば
底面から供給する流体供給ユニット2及びモデル槽1内
の流れ場に瞬間的に平面な光5を照射するスリット光源
3とから主に構成されている。この可視化装置において
、モデル槽1の底面から流入した流体は、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の上方の排出
口6から図示しない排出管を通じて排出される。流体は
、通常そのままの状態であるいは必要な処理を施した後
排出される。尚、流体をモデル槽1の上方から導入し底
面から排出することも、また側面から導入することも可
能である。
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 includes a model tank 1 that reproduces a flow field, a fluid supply unit 2 that supplies fluid in which tracer 4 is dispersed at a uniform concentration to the model tank 1, for example, from the bottom, and a fluid supply unit 2 that reproduces the flow field in the model tank 1. It mainly consists of a slit light source 3 that instantaneously irradiates planar light 5. In this visualization device, fluid that flows in from the bottom of the model tank 1 reproduces a flow field within the model tank 1, and then is discharged from the discharge port 6 above the model tank 1 through a discharge pipe (not shown). The fluid is normally discharged as is or after any necessary treatment. Note that it is also possible to introduce the fluid from above the model tank 1 and discharge it from the bottom, or to introduce it from the side.

前記モデル槽1は、本実施例の場合、第2図に示すよう
に、アクリル樹脂やガラス等の透光性材料によって所定
形状に形成され、その上方に排気口6を底面に噴射ロア
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
て実験室仝休を流れ場とし、静止空間を得る。
In the case of this embodiment, the model tank 1 is formed of a translucent material such as acrylic resin or glass into a predetermined shape as shown in FIG. 2, and has an exhaust port 6 above it and an injection lower 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, a stationary space is obtained by using a laboratory rest area as the flow field instead of the model tank 1.

モデル槽底面の噴射ロア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。もっとも、モデ
ルを噴射ロアから離してモデル槽1内に設置し、噴射ロ
アにおいては何ら流体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
はトレーサ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トレーサ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
、第4図(A>に示す実施例の場合、複数台の光源3を
モデル槽1周囲に円形に配置して全方位から瞬間光5を
入射させるようにしているので、モデル槽1は周壁全面
を可視光線を透過させる材料で形成している。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。例えばスリット光5の入射方向と90〜14
5度の角度θ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
く、第4図<8>に示す実施例の如く角型モデル槽を使
用する場合には、少なくとも隣り合う2而を透光性材料
で形成すれば足りる。尚、この場合、観察窓10と入射
窓11を除く他の周壁面を光吸収体で形成すれば、散乱
光の検出が極めて容易となる。更に、流れ場を輪切りに
して観察する場合には、流れ場を横切るスリット光5を
観察するため、モデル槽1の上方に観察者ないし観察機
器を配置する。
A model that reproduces the flow field to be observed is generally attached to the injection lower at the bottom of the model tank. However, there are cases where the model is placed in the model tank 1 away from the injection lower, and no change is made to the fluid flow in the injection lower. 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 containing no tracer (corresponding to secondary air) from around it. In the case of the embodiment shown in FIG. 4 (A>), a plurality of light sources 3 are arranged in a circle around the model tank 1 to allow instantaneous light 5 to enter from all directions, so the model tank 1 is The entire peripheral wall is made of a material that transmits visible light.However, the entire peripheral wall of the model tank 1 does not need to be made of a transparent material, and it is sufficient that at least the observation window 10 and the entrance window 11 are transparent. For example, the incident direction of the slit light 5 and 90 to 14
Since the optimum diffused reflection can be obtained at a position of an angle θ of 5 degrees, it is sufficient to position the observation window 10 and the entrance window within that range. When using a transparent material, it is sufficient that at least two adjacent materials are made of a translucent material. In this case, if the peripheral wall surface other than the observation window 10 and the entrance window 11 is formed of a light absorber, detection of scattered light becomes extremely easy. Furthermore, when observing the flow field in slices, an observer or observation equipment is placed above the model tank 1 in order to observe the slit light 5 that crosses the flow field.

前述のモデル槽1に流体を供給する流体供給ユニット2
は、流体供給源(図示省略)とモデル槽1とを結ぶ管路
12の途中にトレーサ注入部13を設け、圧送途中の流
体にトレーサ4を定量的に強制注入することによっであ
るいは発生させることによって一定′a度の流体として
供給するものである。勿論供給ユニット2は前述のもの
に限定されない。例えば、あらかじめ可視化にR適な濃
麿に調整された流体をタンクに貯留し、これを定量ポン
プで取り出しモデル槽1に圧送するようにしても良い。
Fluid supply unit 2 that supplies fluid to the aforementioned model tank 1
is generated by providing a tracer injection part 13 in the middle of the pipe line 12 connecting the fluid supply source (not shown) and the model tank 1, and forcibly injecting the tracer 4 quantitatively into the fluid being pumped. By doing so, the fluid is supplied at a constant temperature of a degree. Of course, the supply unit 2 is not limited to the one described above. For example, a fluid adjusted in advance to a concentration suitable for visualization may be stored in a tank and taken out with a metering pump and pumped into the model tank 1.

流れ場を形成する流体は、気体ないし液体に、微細粒子
あるいは微細気泡から成るトレーサ4を均一な濃度で分
散させたものであって、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トレーサ4が密にかつ均一
に存在する濃度に保たれている。
The fluid that forms the flow field is a gas or liquid in which tracers 4 made of fine particles or bubbles are dispersed at a uniform concentration, and it is possible to do so as long as it does not affect the formation of the flow field. The concentration is maintained such that the tracer 4 is present densely and uniformly.

分散媒としては気体を使用する場合には空気を、また液
体を使用する場合には水を採用する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。
The most common dispersion medium is air when a gas is used, and water when a liquid is used; however, the dispersion medium is not limited to this, and other materials may be used as necessary. Gas may also be used.

また、分散相即ちトレーサ4としては、コロイド粒子に
代表される微細粒子か、微細気泡の採用が好ましい。分
散媒に気体を使用する場合の1ヘレーサ4としては1、
直径1μm程度の微粒子が容易に入手できるM(l O
,Si O,Al2O3等の所謂ファインセラミックス
の球状物が好適である。
Further, as the dispersed phase, that is, the tracer 4, it is preferable to employ fine particles such as colloidal particles or fine bubbles. When using gas as a dispersion medium, 1 Herasa 4 is 1,
M(l O
, Si 2 O, Al 2 O 3 and the like are suitable.

このファインセラミッ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が得易いからである。
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.

勿論、霧や煙をトレーサとした気体コロイドも充分均一
化すれば使用できる。
Of course, gas colloids using fog or smoke as tracers can also be used if they are sufficiently homogenized.

また、分散媒に液体を使用する場合のトレーサ4として
は、上述のファインセラミックスの伯、極めて微細な乳
脂防球を含む牛乳等の採用が好適である。殊に、牛乳は
、容易に入手できかつ安価で取扱いが容易であると共に
高輝度の散乱光が得られることから最も好ましいトレー
サ微粒子の一つである。中でも加工乳は、一般に乳脂防
球が直径2μm以下(1μm未満41.8%、1〜2μ
m47.7%)に調整されているため、液体中において
コロイドを形成するに好適である。そこで、本実施例の
場合、加工乳を水に対して0.2%重量部含ませ親木コ
ロイドを形成させている。
Further, when a liquid is used as the dispersion medium, the tracer 4 is preferably made of the above-mentioned fine ceramics, milk, etc. containing extremely fine milk fat balls. In particular, milk is one of the most preferred tracer particles because it is easily available, inexpensive, easy to handle, and provides high-intensity scattered light. Among them, processed milk generally has milk fat balls with a diameter of 2 μm or less (41.8% less than 1 μm, 1 to 2 μm).
m47.7%), it is suitable for forming colloids in liquids. Therefore, in the case of this example, 0.2% by weight of processed milk is included in water to form parent tree colloid.

尚、ファインセラミックスの微粒子を採用する場合、牛
乳と違って流れの中に直接注ぎ込むだけでは直ちにコロ
イド状態を形成できない。そこで、ファインセラミック
スをあらかじめ少量の水に浸した高濃縮コロイド溶液と
も言うべきものを用意する。この高濃縮コロイド溶液は
、例えば、一定比率の水とファインセラミックスの微粒
子とを減圧下のタンク内において攪拌混合し、微粒子表
面に付着している気泡を完全に脱泡させることによって
作られる。この高濃縮コロイド溶液は、定量スラリポン
プを使って流体供給ユニット2に定量的に供給され、流
体供給源から供給される水と混合されて一定濃度のコロ
イド溶液を形成する。
Note that when fine ceramic particles are used, unlike milk, they cannot immediately form a colloidal state just by pouring them directly into a stream. Therefore, we prepared what could be called a highly concentrated colloidal solution by soaking fine ceramics in a small amount of water in advance. This highly concentrated colloidal solution is made, for example, by stirring and mixing a certain ratio of water and fine ceramic particles in a tank under reduced pressure, and completely defoaming air bubbles attached to the surface of the particles. This highly concentrated colloidal solution is quantitatively supplied to the fluid supply unit 2 using a metering slurry pump and mixed with water supplied from the fluid supply source to form a colloidal solution of a constant concentration.

また、分散媒として液体を使用する場合には、0.06
〜Q、2n+mの範囲の微細気泡、更に好ましくは0.
1〜0.2111mの微細気泡を均一濃度で分散させ1
qれば使用可能である。この微細な気泡は、流体供給ユ
ニット2の管路12の途中に直径3mm以下好ましくは
0.8〜Q、5mmの小孔を少なくとも1つ先行したオ
リスイス(図示省略)を設定することにより、Q、2m
m以下の気泡が70%程度を占める平均0.1m+++
の微細気泡が局所的減圧によって脱気され、連続的に大
量的に安定供給できる。
In addition, when using a liquid as a dispersion medium, 0.06
- Q, microbubbles in the range of 2n+m, more preferably 0.
Distribute fine bubbles of 1 to 0.2111 m at a uniform concentration 1
If q, it can be used. These fine bubbles can be produced by setting an oriswiss (not shown) in the middle of the pipe line 12 of the fluid supply unit 2 with at least one small hole of 3 mm or less in diameter, preferably 0.8 to 5 mm. , 2m
Average size: 0.1 m+++, with around 70% of bubbles smaller than m
The microbubbles are degassed by localized pressure reduction, allowing for a continuous and stable supply of large quantities.

尚、前述の気体コロイドの場合、トレーサ4を定m噴射
装置を使って流体供給ユニット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トレーサ4を混合攪
拌して一定濃度としてモデル槽1に供給される。
In the case of the above-mentioned gas colloid, the tracer 4 is quantitatively supplied to the fluid supply unit 2 using a constant m injection device, and mixed with air supplied from the fluid supply source to form a constant concentration, or Alternatively, the air and tracer 4 are mixed and stirred in advance and supplied to the model tank 1 at a constant concentration.

流れ場は、スリット光に代表される局所的な照明によっ
て、流れの任意の位置を一平面で瞬間的に順次可視化し
得るように設けられている。スリット光5は公知のスリ
ット光源3によっであるいは二次元光学系を使用して拡
げることによって簡単に1qられる。また、レーザービ
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、実質的なスリット光として1qることも可能であ
る。
The flow field is provided in such a way that any position of the flow can be visualized instantaneously and sequentially in one plane using local illumination represented by slit light. The slit light 5 is easily converted to 1q by expanding it with a known slit light source 3 or using a two-dimensional optical system. Further, by oscillating the laser beam as it is at high speed, it is possible to generate 1q as a substantial slit light.

このスリット光5を瞬間的に発光させるため、各光源3
の直前には瞬間シャンク装置14が設置されている。瞬
間シャッタ装置14は、機械的なシャッタでも可能であ
るが、現像との同期を容易にするため慣性のない電気的
シャッタの採用が最も好適である。勿論、各シャッタ装
置14は、相互に関連して順次作動し、照明光が閃ぎっ
つ瞬時に流れ場内を移動するような状態を作り上げるよ
うに設けられている。尚、シャッタ装置14を用いる代
りにルビーパルスレーザやXeフラッシュなどの高速度
繰り返し光源を採用することも可能である。
In order to instantaneously emit this slit light 5, each light source 3
A momentary shank device 14 is installed immediately in front of the shank. Although a mechanical shutter can be used as the instantaneous shutter device 14, it is most preferable to use an electric shutter without inertia in order to facilitate synchronization with development. Of course, each shutter device 14 is arranged to operate in sequence in conjunction with each other to create a condition in which the illumination light flashes and moves instantaneously within the flow field. Note that instead of using the shutter device 14, it is also possible to employ a high-speed repetition light source such as a ruby pulse laser or a Xe flash.

一方、上述の瞬間照明光の散乱によって可視化された流
れ場を連続的に記録する手段15としては、高速度写真
撮影カメラや工業用TVカメラ等の使用が好ましい。中
でも、3000駒/秒の撮影速度を得ている高速度写真
撮影カメラの使用は、30あるいは60フレ一ム/秒が
限度のITVカメラに比べると、流れ場の揺らぎを記録
する場合には大きな効果を発揮する。
On the other hand, as the means 15 for continuously recording the flow field visualized by scattering of the instantaneous illumination light, it is preferable to use a high-speed photographic camera, an industrial TV camera, or the like. In particular, the use of high-speed photography cameras that can capture images at a speed of 3000 frames/second has a significant impact when recording fluctuations in the flow field, compared to ITV cameras that have a limit of 30 or 60 frames/second. be effective.

上述の光源3と撮影手段15とはこれらの光軸がおおよ
そ90〜1454の範囲で交差するときに最適な散乱光
を得ることから、そのような角度関係になるように設置
されている。例えば、第4図(A)に示すように、瞬間
照明光が流れ場の周りを円周方向に移動する場合には、
複数台の光源38〜3eとこれらに夫々対応する撮影手
段15a〜15eとが円周上に配置されている。また、
第4図(B)に示すように、光源3a〜3fを一直線上
に配置してモデル槽1の奥行き方向あるいは手前方向に
瞬間照明光5を瞬時に直線移動させる場合には、一台の
撮影装置15に異なるセクションの流れ状態を連続的に
記録させることができる。
The above-mentioned light source 3 and photographing means 15 are installed in such an angular relationship because optimal scattered light is obtained when their optical axes intersect in the range of approximately 90 to 1454 degrees. For example, as shown in FIG. 4(A), when the instantaneous illumination light moves circumferentially around the flow field,
A plurality of light sources 38 to 3e and corresponding photographing means 15a to 15e are arranged on the circumference. Also,
As shown in FIG. 4(B), when the light sources 3a to 3f are arranged in a straight line and the instantaneous illumination light 5 is instantaneously moved in a straight line in the depth direction or the front direction of the model tank 1, one shooting The device 15 can be made to record the flow conditions of different sections continuously.

以上のように構成された可視化装置を使って本発明の流
れの三次元可視化方法をバーナモデルを例にあげて説明
する。
A method for three-dimensionally visualizing a flow according to the present invention using the visualization device 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トレ
ーサ4を密に分散させた流体を必要なだけ安定供給し槽
底の噴射ロアから吹き出させて流れ場を作り出す。トレ
ーサ4を含む流体は流れ場を形成しかつ可視化に好適な
濃度にあらかじめ全I1m整されたものか、あるいは流
体供給ユニット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、この流れ場に瞬間的に閃くスリ
ット光5を、連続的に異なる場所ないし方向から一定の
方向性ないし関連性をもたせて順次に照射し、各瞬間照
明光5をトレーサ4に乱反射させることにより任意断面
における流れを抽出して可視化する。
First, a fluid in which a homogeneous tracer 4 is densely dispersed is stably supplied as necessary to the model tank 1 or infinite space, and is blown out from the injection lower at the bottom of the tank to create a flow field. The fluid containing the tracer 4 forms a flow field and is either pre-adjusted to a concentration suitable for visualization, or mixed and adjusted during pressure feeding in the fluid supply unit 2. Next, the flow field is sequentially irradiated with slit light 5 that momentarily flashes from different locations or directions with a certain directionality or relationship, and each momentary illumination light 5 is diffusely reflected on the tracer 4. The flow in an arbitrary cross section is extracted and visualized.

高速瞬間移動する瞬間照明光5の散乱によって可視化さ
れた流れ場は、観察者の目には残像減少によっても判読
不能な立体像にしか見えないが、瞬間照明5a、5b・
・・と同期させて高速撮影した場合には一断面における
トレーサ4の動きを追跡できるため、流れの坦象、流れ
方向等を正確に知ることができる。しかも、十分微細で
かつ均質なトレーサ4によって散乱する光の強度は単位
体積中のトレーサ個数即ちトレーサ密度に比例すると考
えられ、それは散乱光の強度が濃度に対応することを意
味することから、トレーサ4の粗密に伴う散乱光の強弱
によって濃度及び111度分布をも同時に目視観察でき
る。
The flow field visualized by the scattering of the instantaneous illumination light 5 moving instantaneously at high speed appears to the observer's eyes only as an unreadable three-dimensional image even with the reduction of afterimages, but the instantaneous illumination light 5a, 5b,
If high-speed photography is performed in synchronization with ..., the movement of the tracer 4 in one cross section can be tracked, so that the appearance of the flow, the flow direction, etc. can be accurately known. Furthermore, the intensity of light scattered by a sufficiently fine and homogeneous tracer 4 is considered to be proportional to the number of tracers in a unit volume, that is, the tracer density, which means that the intensity of the scattered light corresponds to the concentration. The density and 111 degree distribution can be visually observed at the same time depending on the intensity of the scattered light associated with the density of 4.

また、濃度は、散乱光の明るさと相似関係にあり、混合
状態にある二流体においてトレーサ4を含まない流体の
割合が高くなるにつれて単位体積中のト1ノー什量バ瀘
少しで岨る大を饗うことから5バーナモデル8の出口の
明るさを基準間るさく11度100%相当)として定量
的にめられる。しかも、流れ場の異なるセクシにおける
流体の濃度を瞬時に可視化して高速撮影用カメラ15で
記録するため、流れ場全域における瞬間的な濃度分布が
極めて近似したものとして立体的かつ定量的に解析でき
る。
In addition, the concentration has a similar relationship with the brightness of the scattered light, and as the proportion of the fluid that does not contain tracer 4 increases in two fluids in a mixed state, the amount of toner in the unit volume increases. From this, the brightness at the exit of the 5-burner model 8 can be quantitatively determined as a reference interval of 11 degrees (equivalent to 100%). Moreover, since the concentration of the fluid in different sections of the flow field is instantly visualized and recorded by the high-speed camera 15, the instantaneous concentration distribution in the entire flow field can be analyzed three-dimensionally and quantitatively as an extremely approximate one. .

更に、この高速撮影の繰り返しによって流れ場の同一セ
クションにおけるトレーサ4群の移動。
Furthermore, by repeating this high-speed imaging, the four groups of tracers move in the same section of the flow field.

拡散及び集合用象即ち濃度変動が各駒の画像を比較する
ことによってその明るさの変動として知ることができる
。しかも、この濃度変動は極めて近い点において極めて
類似する波形の濃度変化として表われることから、同一
セクション内における極めて近い二点個あるいは極めて
近い二つのセクションの瞬間照明光移動方向(三次元方
向)の二点間において極めて類似する波形の濃度変化が
認められるまでの変動の時間的ずれをフィルムの駒送り
時間力uら割出すことによって、二次元方向あるいは三
次元方向に流れの速度を測定できる。
By comparing the images of each frame, the diffusion and aggregation phenomena, that is, the density fluctuations, can be known as the brightness fluctuations. Furthermore, since this density fluctuation appears as a density change with extremely similar waveforms at extremely close points, the instantaneous illumination light movement direction (three-dimensional direction) at two extremely close points in the same section or at two extremely close sections can be changed. The flow speed can be measured in two or three dimensions by determining the time lag in fluctuation until a very similar waveform density change is observed between two points, from the film frame advance time force u.

勿論、上述の濃度測定等は工業用TVカメラを使って映
し出されるテレビ画像の輝度変化を利用しても実施でき
る。この場合には輝度変化即ち濃度変化をモニタテレビ
上のフォトセンサで連続的に検出してリアルタイムの画
像処理が実現できる。
Of course, the above-mentioned concentration measurement and the like can also be carried out by using changes in the brightness of a television image displayed using an industrial TV camera. In this case, real-time image processing can be realized by continuously detecting changes in brightness, that is, changes in density, using a photosensor on a monitor television.

しかし1秒当り3oフレームないし60フレームの画像
しか得られないことから、低速流体にしか応用できない
However, since images can only be obtained at 3 to 60 frames per second, this method can only be applied to low-velocity fluids.

■0発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の流れの三次元
可視化方法は、i細粒子あるいは微細気泡から成るトレ
ーサを均一な濃度で分散させた流体で流れ場を形成する
一方、この流れ場を瞬時に移動する平面的な瞬間照明光
で連続的に流れ場の異なる場所を瞬間照明し、瞬間照明
光の前記トレーサに因る散乱によって可視化された流れ
場の瞬間断面を連続的に高速撮影して立体的可視像を形
成するようにしたので、成る断面におレプる流れの状態
や流れの方向といった定性的な観察は勿論のこと、散乱
光の強弱からI!度分布及び変動が一目でwA察できる
し、該可視断面を組立てることによって立体的な流れ場
全域における瞬間的な濃度分布あるいは11度変動等の
定性的観察並びに定量的測定が可能となる。
■0 Effects of the Invention As is clear from the above explanation, the method for three-dimensional flow visualization of the present invention is capable of forming a flow field using a fluid in which tracers made of fine particles or microbubbles are dispersed at a uniform concentration. , a planar instantaneous illumination light that moves instantaneously across this flow field is used to continuously instantaneously illuminate different parts of the flow field, and the instantaneous cross sections of the flow field visualized by scattering of the instantaneous illumination light due to the tracer are continuously visualized. Since the system uses high-speed photography to form a three-dimensional visible image, it is possible to not only qualitatively observe the state and direction of the flow reflected in the cross section, but also to observe I! from the strength and weakness of scattered light. The degree distribution and fluctuations can be observed at a glance, and by assembling the visible cross sections, it becomes possible to qualitatively observe and quantitatively measure the instantaneous concentration distribution or 11 degree fluctuations over the entire three-dimensional flow field.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の流れの可視化方法を実施する可視化装
置の概略図、第2図はモデル槽と、光源並びに撮影装置
の関係を原理的に示す横断平面図、第3図は可視化され
た流れ場を示す説明図、第4図は本発明の流れの可視化
方法を実施する一具体例を示すもので、(A)は瞬間照
明光を回転移動させる場合、(B)は瞬間照明光を直線
移動させる場合を示す説明図である。 4・・・トレーサ、3・・・光源、5・・・瞬間照明、
14・・・シトツタ装置、15・・・撮影装置。 @発明者阿部 俊夫 [相]発 明 者 久 松 暢 狛江市岩戸北2丁目11番1号 財団法人電力中央研究
所エネルギー研究所内
Figure 1 is a schematic diagram of a visualization device that implements the flow visualization method of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional plan view showing the principle of the relationship between a model tank, a light source, and a photographing device, and Figure 3 is a visualized diagram. An explanatory diagram showing a flow field, FIG. 4 shows a specific example of implementing the flow visualization method of the present invention. It is an explanatory view showing a case of linear movement. 4...Tracer, 3...Light source, 5...Momentary illumination,
14... Shitotsuta device, 15... Photographing device. @Inventor Toshio Abe [Phase] Inventor Nobu Hisamatsu 2-11-1 Iwatokita, Komae City, Energy Research Institute, Central Research Institute of Electric Power Industry

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 微細粒子あるいは微細気泡から成るトレーサを均一な濃
度で分散させた流体で流れ場を形成する一方、この流れ
場を瞬時に移動する平面的な瞬間照明光で連続的に流れ
場の異なる場所を瞬間照明し、瞬間照明光の前記トレー
サに因る散乱によって可視化された流れ場の瞬間断面を
連続的に高速撮影して立体的可視像を形成することを特
徴とする流れの三次元可視化方法。
A flow field is formed using a fluid in which tracers consisting of microscopic particles or microbubbles are dispersed at a uniform concentration, while a planar instantaneous illumination light that moves instantaneously through this flow field is used to continuously illuminate different parts of the flow field instantaneously. A method for three-dimensional visualization of a flow, comprising: illuminating the flow field and continuously photographing instantaneous cross-sections of the flow field visualized by the scattering of the instantaneous illumination light by the tracer at high speed to form a three-dimensional visible image.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58154666A (en) * 1982-03-10 1983-09-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for measuring flow trace and camera for photographing flow trace

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58154666A (en) * 1982-03-10 1983-09-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for measuring flow trace and camera for photographing flow trace

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