(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーサを測定場に供給するトレーサ供給工程と、シート状に整形されたレーザー光を照射するレーザ照射工程と、トレーサがレーザ光を照射されてレーザ誘起蛍光を発した状態を観察する工程とを含み、前記トレーサ供給工程では、トレーサが測定場に供給される直前に圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網を通過してトレーサが保有しているヘッドが圧力損失によって消失する事を特徴とする流れを可視化する方法。
【請求項２】
シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構と、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構とを有し、該トレーサ供給機構は、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給通路と、該トレーサ供給通路の先端に設けられた圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網とを備えている事を特徴とする流れを可視化する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流れを可視化して、その挙動等を観察、研究するための流れを可視化する方法及び装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流れを可視化する従来の技術が、図４及び図５で示されている。図４において、レーザ１からパルス状に射出されたレーザー光ＬＯは、レンズ群２においてシート状に整形されて、測定場３に入射される。この測定場３には、一酸化窒素（ＮＯ）のボンベ６に接続されたチューブ４の一端４Ｅが位置しており、チューブ４にＯＮ−ＯＦＦ弁として作用する電磁弁５が介装されている。
【０００３】
「燃焼の科学と技術」（１９９６年）第１１６−１１７巻（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９９６）  Ｖｏｌｓ．１１６−１１７）の第５４１頁から第５６６頁に発表の論文「燃焼システムの設計及び最適化のためのレーザを用いた非接触診断ツール（Ｎｅｗ  Ｎｏｎｉｎｔｒｕｓｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ｔｏｏｌｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」（Ａ．Ｌｕｃｚａｋ、  Ｖ．Ｂｅｕｓｈａｕｓｅｎ、  Ｓ．Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇ、  Ｍ．Ｋｎａｐｐ、  Ｈ．Ｓｃｈｌｕｅｔｅｒ、  Ｐ．Ａｎｄｒｅｓｅｎ、  Ｍ．Ｍａｌｏｂａｂｉｃ、  Ａ．Ｓｃｈｍｉｄｔ）で開示されているように、一酸化窒素は、レーザー光が照射されるとレーザ誘起蛍光を発し、そのレーザ誘起蛍光は、紫外域に感度を有するカメラで捕らえる事により可視化が可能となる。従って、可視化して観察するべき流れに一酸化窒素を混入してレーザー光を照射すれば、レーザ誘起蛍光によってトレーサとして作用し、それを紫外域に感度を有するカメラ７により撮影すれば、流れの可視化が実現するのである。そして、一酸化窒素をトレーサとして有効にレーザ誘起蛍光を発生せしめるため、電磁弁５のＯＮ−ＯＦＦのタイミングは、レーザ１から射出或いは照射されるパルスレーザの射出（照射）タイミングに同期するように制御されている。
【０００４】
この様な流れの可視化は、流れ場の観察或いは測定一般について非常に有効であり、特に、燃焼場の観察、測定については非常に有効な技術である。
【０００５】
しかし、一酸化窒素ボンベと直接繋がったチューブ４が測定場３に直接挿入されているので、電磁弁５を「開」状態とした瞬間に、図５で特に明確に示す通り、ボンベ６内の圧力によりヘッドが付加された一酸化窒素（図５の符号ＧＬ）が、測定場３内に噴出してしまう。換言すれば、一酸化窒素ＧＬが無視できない程度の初速を有した状態で測定場３内に噴出されるのである。
【０００６】
そして、一酸化窒素ＧＬが噴出される結果、図４、図５において流線ｔで表現されている可視化するべき流れが、チューブ４の先端部４Ｅ付近で撹乱されてしまい、レーザ誘起蛍光により可視化されたとしても、正しい流れ場の観察或いは測定とはならなくなってしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような従来技術に鑑みて提案されたものであり、トレーサを付加した際に、それによって流れ場が撹乱される事を防止する事が出来る様な流れを可視化する方法及び装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の流れを可視化する方法によれば、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給工程と、シート状に整形されたレーザー光を照射するレーザ照射工程と、トレーサがレーザ光を照射されてレーザ誘起蛍光を発した状態を観察する工程とを含み、前記トレーサ供給工程では、トレーサが測定場に供給される直前に圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網を通過してトレーサが保有しているヘッドが圧力損失によって消失するようになっている。
【０００９】
また本発明の流れを可視化する装置によれば、シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構と、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構とを有し、該トレーサ供給機構は、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給通路と、該トレーサ供給通路の先端に設けられた圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網とを備えている。
【００１０】
本発明の実施に際して、トレーサとしては、例えば一酸化窒素が好ましい。
【００１１】
かかる構成を有する本発明によれば、例えばボンベのような供給源から前記トレーサ供給機構を介して供給されたトレーサ（例えば一酸化窒素）は、測定場に供給される直前に、前記圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造を通過する。その際に、例えばボンベ内の圧力等にによりトレーサに対して付加されたヘッドは、圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造を通過する際に、その高い圧力損失と相殺して、消失する。
【００１２】
そのため、前記圧力損失が高く以って流速を減速せしめるための多孔質部材又は金属製網を通過して測定場内に供給されたトレーサは、それ自体は殆ど流速を有し得ない。そのため、可視化して測定するべき流れが、トレーサの噴出流れにより撹乱される事が防止されるのである。
【００１３】
その結果、シート状のレーザー光が照射されるとトレーサがレーザ誘起蛍光を発し、それを紫外域に感度を有するカメラ等の手段で撮影すれば、流れの可視化が行われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に付いて説明する。
図１、図２は本発明の第１実施形態にかかる流れを可視化する装置を示している。図１において、全体を符号１０で示す本発明の第１実施形態にかかる流れを可視化する装置は、パルス状にレーザー光ＬＯを射出するレーザ１１と、レーザ１１から射出されたレーザー光ＬＯをシート状のパルスレーザー光に整形するためのレンズ群１２とを備えており、レンズ群１２によりシート状に整形されたレーザー光ＬＳは測定場１３に入射される。
【００１５】
また前記装置１０は、一酸化窒素（ＮＯ）のボンベ１６を有しており、ボンベ１６はチューブ１４（トレーサを測定場に供給するトレーサ供給通路）と接続している。このチューブ１４は、その先端が測定場１３に位置しており、該先端とボンベ１６との間の領域にＯＮ−ＯＦＦ弁として作用する電磁弁１５が介装されている。
ここで、レーザ１１、レンズ群１２は、「シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構」を構成し、チューブ１４、電磁弁１５、一酸化窒素ボンベ１６は「トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構」を構成する。
【００１６】
一酸化窒素は、前述した通りレーザ誘起蛍光を発して所謂トレーサととして作用する。また、電磁弁１５のＯＮ−ＯＦＦのタイミングは、レーザ１１から射出或いは照射されるパルスレーザの射出（照射）タイミングに同期するように制御される。
なお、符号１７は、シート状レーザー光ＬＳが照射されて、トレーサである一酸化窒素が誘起蛍光を発行した状態を記録するためのカメラを示している。
【００１７】
ここまでの構成は従来技術と概略同様であるが、図１及び図２の実施形態においては、特に図２において明確に示されているように、チューブ１４の先端（測定場側の先端）に、「圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造」として多孔質部材２０が取り付けられている。
【００１８】
ボンベ１６から供給された一酸化窒素は、電磁弁１５が「開（或いはＯＮ）」状態となった時にチューブ１４の先端から測定場１３内へ噴出するが、ボンベ１６内の圧力により（測定場１３内に噴出するべき）一酸化窒素に付加されたヘッドは、多孔質部材２０を通過する際に圧力損失により消失する。
そのため、多孔質部材２０を通過して測定場１３内に供給された一酸化窒素（図２において、符号ＧＬで示す）は、それ自体は殆ど流速を有していない。そのため、可視化して測定するべき流れ（図２において、符号ｔで示す流線を持つ流れ）が、一酸化窒素の流れにより撹乱される事が無い。
そして、シート状のレーザー光ＬＳが照射されると一酸化窒素がレーザ誘起蛍光を発し、それをカメラ１７（観察工程を行う観察手段）で撮影して、流れの可視化が行われる。
【００１９】
ここで、図１及び図２の実施形態では、チューブ１４の先端には多孔質部材２０が取り付けられているが、それに変えて、比較的目が細かい金属製網をチューブ１４に設けても良い。この場合においても、当該「比較的目が細かい金属製網」は「圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造」として、一酸化窒素が保有するヘッドを損失せしめ、可視化して測定するべき流れが当該一酸化窒素の噴出により撹乱される事を防止する作用を奏する。
【００２０】
図３は本発明の第２実施形態にかかる流れの可視化装置を示している。全体を符号３０で示す流れを可視化する装置は、図１、図２で示す第１実施形態と概略同様な構成を有しているが、レーザー光ＬＯを射出（照射）するためのレーザ３１が、色素レーザ或いはオプティカルパラメトリック発振機（以下、「ＯＰＯ」と略記する）を有するＯＰＯシステムとして構成されている。
【００２１】
そして、レーザ３１を色素レーザ或いはＯＰＯシステムとした事により、レーザ３１においては、「励起」と「波長選択して発振」という作用が行われ、測定場１３の温度に合わせて、最適な一酸化窒素の振動エネルギー準位を使用する事が出来る。例えば、２２６ｎｍ付近の振動エネルギー準位が比較的低い数値にかかる遷移を用いれば、火炎中等の高温領域に限定されること無く、室温或いは常温の比較的低温の測定場であっても、流れの可視化が可能となる。そのため、流れ場の観察、測定に非常に効果的である。
【００２２】
なお、図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を制限する趣旨のものではない事を付記する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
【００２４】
（１）  可視化して測定するべき流れが、測定場に供給される一酸化窒素の流れにより撹乱される事が防止される。
（２）  一酸化窒素がレーザ誘起蛍光を発し、流れの可視化が好適に行われる。
（３）  従来の流れの可視化装置に対して、大幅な改造を施す必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック図。
【図２】図１の矢印Ｆ２部分の拡大図。
【図３】本発明の第２実施形態のブロック図。
【図４】従来の流れを可視化する装置のブロック図。
【図５】図４の矢印Ｆ５部分の拡大図。
【符号の説明】
１０、３０…流れを可視化する装置
ＬＯ…レーザー光
１、１１、３１…レーザ
ＬＳ…シート状のパルスレーザー光
２、１２…レンズ群
３、１３…測定場
４、１４…チューブ
５、１５…電磁弁
６、１６…一酸化窒素ボンベ
７、１７…カメラ
２０…多孔質部材
【図１】
0003560279.tif 000002
【図２】
0003560279.tif 000003
【図３】
0003560279.tif 000004
【図４】
0003560279.tif 000005
【図５】
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