(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力波の伝播における気体の密度の変化によって得られる干渉縞の最大振幅を前記密度の関数として変化させ、前記密度に対応させて表示することを特徴とするコンピュータカラー干渉縞表示方法。
【請求項２】
圧力波の伝播における気体の密度の変化によって得られる干渉縞の色相を、該干渉縞の強度に対比させたカラーテーブルにより、前記密度に対応させて表示させることを特徴とするコンピュータカラー干渉縞表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体機械や内部に気体の高速流動を伴う産業機器の開発や、衝撃波や膨張波などの気体中の圧力波の伝播を利用した産業機器の開発等に好適なシミュレーションにおける、気体の流れの可視化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体機械や内部に気体の高速流動を伴う産業機器の開発や、衝撃波や膨張波などの気体中の圧力波の伝播を利用した産業機器の開発においては、流れの可視化と流動計測により流れ場の特性を把握することが非常に重要である。
【０００３】
機器内部における気体の高速流れや、衝撃波や膨張波に代表される圧力波の伝播においては、気体の密度が変化するので、流れの可視化には光の性質を利用した光学的方法が一般的に用いられる。圧力や温度などの接触計測と異なり、光学的方法は非接触計測であるから、流れ場を乱さないという特長がある。その代表的な方法に、シュリーレン法、シャドウグラフ法、干渉縞法などがある。
【０００４】
シュリーレン法とシャドウグラフ法によれば、光の屈折を利用して、流れ場における気体密度の一次変化率および二次変化率に比例した光の明るさがフィルムスクリーン上で撮影されるが、密度の定量的評価はできない。
【０００５】
これに対して、干渉縞法はフィルムスクリーン上で撮影された干渉縞のずれの本数から、基準となる密度値からの変化量が求まるという特長を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の干渉縞表示方法は、光強度の振幅が等しい単色光で干渉縞が創成されているから、流れ場の密度が増加する方向に変化しているのか、または、減少する方向に変化しているのかを干渉縞写真から読み取ることは不可能であり、その結果、密度の絶対量を知ることができない。この性質に関しては、流れの中に複雑な波動が存在し、気体密度の圧縮場と膨張場が混在する超音速流れの可視化に際しては、特に注意を払う必要がある。
【０００７】
以下、その点について詳細に説明する。
【０００８】
従来の干渉縞表示方法では、以下の式（１）で計算されるＩの値に対する光の明るさ（白黒）で干渉縞が創成される。
【０００９】
【数１】
0003892230.tif 000002
【００１０】
上記式（１）において、ρは気体密度、Δρは縞１フリンジあたりの気体密度差、ρo は基準となる密度、Ｋは感度定数である。Ｉは干渉縞上の明るさで、Ｉ＝０は黒、Ｉ＝２Ｋ（Ｉの最大値）は白である。
【００１１】
上記式（１）を概念的に示したものが図５である。図５の横軸ρ−ρo は基準密度との密度差、縦軸Ｉは干渉縞の明るさである。図中の破線で示すように、密度差がρr のとき、干渉縞の明るさはＩr である。この方法では、密度の変化により白と黒の縞が交互に発生するが、縞の明るさの振幅が、ρの値によらず一定（数値に換算すると２Ｋ）である。
【００１２】
図６は干渉縞法の適用例（コーナーを伝播する衝撃波）を示す図、図７はその従来の干渉縞法による結果を示す図である。
【００１３】
この図からわかるように、密度の増加する方向に干渉縞が創成されているのか、減少する方向に干渉縞が創成されているのかを判定することはできない。また、密度の絶対量は不明である。
【００１４】
本発明は、密度の不連続面がある場合にも等密度の縞が識別できるように工夫された従来の「カラー干渉縞法」とは発想が全く異なるものであり、本発明では、「コンピュータカラー干渉縞法」と呼ぶことにする。
【００１５】
本発明は、上記状況に鑑みて、「密度の絶対量が分かるカラー干渉縞法」に係り、流れ場における密度変化をコンピュータ処理を施したカラー情報で視覚化し、流れを定量的に可視化できるコンピュータカラー干渉縞表示方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕コンピュータカラー干渉縞表示方法において、圧力波の伝播における気体の密度の変化によって得られる干渉縞の最大振幅を密度の関数として変化させ、密度に対応させて表示することを特徴とする。
【００１７】
〔２〕コンピュータカラー干渉縞表示方法において、圧力波の伝播における気体の密度の変化によって得られる干渉縞の色相を、この干渉縞の強度に対比させたカラーテーブルにより、密度に対応させて表示させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
本発明では、以下の式（２）で計算されるＩC の値に対応する種類の色で干渉縞を創成させる。
【００２０】
【数２】
0003892230.tif 000003
【００２１】
上記式（２）において、ρは気体密度、Δρは縞１フリンジあたりの気体密度差、Ｋは感度定数である。ＩC は干渉縞上の色の種類である。
【００２２】
本発明が従来の干渉縞表示法と本質的に異なる点は、干渉縞の最大振幅を密度ρの関数として変化させている点である。式（２）を概念的に示した例が図１である。図１の横軸ρは密度、縦軸ＩC は干渉縞の色の種類である。この例では、干渉縞は赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のうち二色の混合色で創成される。図中の破線で示すように、気体密度がρr のとき、干渉縞の色の種類Ｉr は赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の混合色である。このとき、色Ｉr の混合割合は、赤ＩR に対して緑ＩG である。この方法によれば、密度の変化により赤・緑と青・緑の混合色で作られる縞が交互に発生するが、ρの値によって赤・緑と青・緑の混合比率が異なる。すなわち、この実施例では、密度が増加するほど赤に富んだ赤・緑の混合色、青に富んだ青・緑の混合色となる。このことから、干渉縞の色の変化傾向により、密度の増加・減少傾向を判定することが可能となり、密度の絶対量を知ることができる。
【００２３】
図２は本発明にかかるコンピュータカラー干渉縞表示を行うための処理装置の概略構成図である。
【００２４】
この図において、１はデータ入力装置、２は入力インタフェース、３はＣＰＵ（中央処理装置）、４は補助記憶装置（磁気テーブやＣＤなどの外部記憶装置）を含む記憶装置、５は出力インタフェース、６はデータ入力装置を含むカラー干渉縞画像表示装置である。
【００２５】
以下、本発明のコンピュータカラー干渉縞表示の実施の手順は次の通りである。その流れを図３に示す。
【００２６】
（１）カラーパレットからカラーテーブルを作る。
【００２７】
図１の例では、赤、緑、青の基本三原色を用いている。緑を基準の位置に配置して、干渉縞の強度により赤←黄←（緑）→シアン→青と変化するように作られている。
【００２８】
（２）カラーテーブルのそれぞれの色にカラーコード番号ＩC をつける。
【００２９】
（３）適切な計算スキームを用いた数値シミュレーションにより、密度ρの変化（空間分布）を求め、密度ρのデータファイル｛ρ｝を作る。
【００３０】
（４）密度ρのデータファイル｛ρ｝から、密度の最大値ρmax を求める。
【００３１】
（５）密度の最大値ρmax を参考に縞の１フリンジあたりの密度差Δρを決める。このΔρの値が小さいほど緻密な干渉縞を表示できる。
【００３２】
（６）密度の最大値ρmax 、縞の１フリンジあたりの密度差Δρ、カラーコード番号の最大値ＩC,max を用いて、次式によりＫopt を求める。
【００３３】
Ｋopt ＝ＩC,max ／（ρmax ／Δρ）
（７）Ｋopt の値を式（２）のＫの値とする。
【００３４】
ここで、Ｋは密度の変化に対する干渉縞の強度変化の割合を示している。
【００３５】
Ｋopt 以外の値を用いることにより干渉縞の色相の変化を調整することが可能である。
【００３６】
（８）密度ρに関するデーターファイル｛ρ｝中のすべてのρについて、上記〔式（２）〕よりカラーコード番号ＩC を計算する。なお、図３では、このρとＩC をρr およびＩr で示している。
【００３７】
Δρ、Ｋの値は、上記（５）と（７）の過程ですでに決められている。
【００３８】
（９）カラーコード番号をつけたカラーテーブルを参照して、データーファイル｛ρ｝のすべてについてＩC に対応する色相のピクセルを順次表示することにより、カラー干渉縞が完成する。
【００３９】
図４は本発明による密度の絶対値がわかるカラー干渉法による結果を示す図であり、１１は緑、１２は赤、１２ａ〜１２ｇは緑と赤の混合色、１３ａ〜１３ｇは緑と青の混合色である。
【００４０】
これは、図６に示したコーナーを伝播する衝撃波の例により画像表示したものである。図７に示された従来の干渉縞法で得られる結果に比して、図４によれば、回折衝撃波背後の密度の変化の様子や二次衝撃波の存在による密度の変化の状況を色の違いで読み取ることができる。
【００４１】
従来の流れの可視化技術では、気体中に存在する圧力波の動きを読み取っていたが、本発明によれば、気体の密度やその変化を含めた圧力波の伝播の様子と流れの特性を知ることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４４】
（Ａ）流れ場における密度変化をコンピュータ処理を施したカラー情報で視覚化し、流れを定量的に可視化することができる。
【００４５】
（Ｂ）回折衝撃波背後の密度の変化の様子や二次衝撃波の存在による密度の変化の状況を色の違いで読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密度の絶対量がわかるカラー干渉法の説明図である。
【図２】本発明にかかるコンピュータカラー干渉縞表示を行うための処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明のコンピュータカラー干渉縞表示の実施の手順を示す図である。
【図４】本発明の密度の絶対値がわかるカラー干渉縞法による結果を示す図である。
【図５】従来の干渉縞法の原理を示す図である。
【図６】干渉縞法の適用例（コーナーを伝播する衝撃波）を示す図である。
【図７】従来の干渉縞法による結果を示す図である。
【符号の説明】
１    データ入力装置
２    入力インタフェース
３    ＣＰＵ（中央処理装置）
４    補助記憶装置（磁気テーブやＣＤなどの外部記憶装置）を含む記憶装置
５    出力インタフェース
６    データ入力装置を含むカラー干渉縞画像表示装置
１１    緑
１２    赤
１２ａ〜１２ｇ    緑と赤の混合色
１３ａ〜１３ｇ    緑と青の混合色
【図１】
0003892230.tif 000004
【図２】
0003892230.tif 000005
【図３】
0003892230.tif 000006
【図４】
0003892230.tif 000007
【図５】
0003892230.tif 000008
【図６】
0003892230.tif 000009
【図７】
0003892230.tif 000010