JP3215586B2 - 流動観測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、種々の形状の複数個
の物体の模型に対する流体の流れを観測する流動観測装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水力学や流体力学では、物体に対する流
体の流れとして、流線、層流や乱流、物体表面の境界層
での剥離等を勉学する。また、実際に船体、飛行機の
翼、ゴルフボール等を製造する際には、これら物体の模
型に対する気体や液体の流体の流れを実験して、目で見
たり種々のデータを得ることが行われている。

【０００３】従来、この種の流動観測装置として、気体
の場合は風洞実験装置が、液体の場合は水槽による実験
装置が知られている。風洞実験装置は、透明な風洞の内
部に種々の形状の模型を置き、気体として空気を流して
その流れの状態を観測する。水槽による実験装置は、水
槽の内部に模型を置いて流体として水を流して、その流
れの状態を観測するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術の風洞実験装置にあっては、空気を使用するため流体
の流れを目で見て観測することが難しい。水槽による実
験装置にあっては、装置が大掛かりになる等の問題があ
る。

【０００５】この発明は、このような点に鑑み、種々の
形状の複数個の模型に対する流体の流れの状態を、簡便
に観測することが可能な流動観測装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明の請求項１に係る流動観測装置は、縦形の
取付け台の下部に液体タンクとポンプを備えたポンプユ
ニットが配置され、上部に観測ユニットが配置され、こ
の観測ユニットは扁平断面で長く形成される透明な観測
筒が複数本垂直に設置され、これら観測筒の内部の下部
中心に物体の模型を着脱可能に挿入してなり、複数本の
観測筒が流量調整弁を備えた管路、オーバフロー管によ
り液体タンクの液体を観測筒の内部を下から上に流して
循環するように配管されることを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る流動観測装置は、観測筒の
下部上流側の管路が、ベンチュリーによる吸引力で気泡
や色素を液体に混入する混入装置が連設されることを特
徴とする。

【０００８】

【作用】従って、この発明の請求項１にあっては、ポン
プユニットのポンプを駆動し、流量調整弁により流量調
整することにより、液体タンクの液体が複数本の観測筒
に循環して流れる。このとき観測筒では液体が空気の混
入や液体の荷重の影響の無い状態で観測筒の内部一杯に
充満した層流状態で下から上に流れ、この層流の液体が
模型に当たって特有の流れとなる。この場合に複数本の
観測筒に複数種類の模型を設置することで、各観測筒毎
にそれぞれ異なった流れ方や乱流を生じる。そこで、透
明の観測筒の外から実際に目で見ることにより、個々の
観測筒の水の流れの状態を観測することができ、更には
異なる模型とその流れの状態を相互に見比べて観測する
こともでき、こうして水力学の学習や製品開発の実験等
が効率良く行われる。

【０００９】請求項２にあっては、混入装置を使用する
と、ベンチュリーの高速流による吸引力で気泡や色素が
液体に容易に混入する。そして、気泡や色素が模型に対
して液体と一緒に種々の形態で流れることで、液体の流
れの状態が一層明確に観測できる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１と図２において、流動観測装置の全体の構
成について説明する。流動観測装置１は、縦形の取付け
台２を有し、底の４箇所の高さ調節ボルト３により高さ
調節して床等に据付けられる。この取付け台２は、方形
に枠組みされた基台４の上に垂直なパネル５が取付けら
れ、基台４の内部にポンプユニット１０が収納され、パ
ネル５に観測ユニット２０が垂直に装着されている。

【００１１】ポンプユニット１０は、液体として水が収
容される水タンク１１を有し、この水タンク１１が基台
４の内部の後ろで左右方向の略全域に設置される。水タ
ンク１１の前には所定の容量のポンプ１２が設置され、
ポンプ１２の吸入管１３が水タンク１１の底に連通され
る。ポンプ１２の吐出管１４はチェッキ弁１５を備え、
基台４の上方のパネル５前方に立上って配管される。ま
た、基台４の上部にはブラケット１６により分岐管１７
が水平に設置され、ポンプ１２の吐出管１４が分岐管１
７に連通して、ポンプ１２の駆動により水タンク１１の
水を上方の分岐管１７に吐出することが可能になってい
る。

【００１２】観測ユニット２０は、パネル５の前方に例
えば５本の透明な観測筒２１ａ〜２１ｅが、支持金具２
２により抱持した状態で左右方向に一列の垂直に装着さ
れる。観測筒２１ａ〜２１ｅは、薄くて幅が広い長方形
の断面形状を有して長く形成され、液体の層流や乱流を
生じ易く、且つその流れの状態を観測し易い形状であ
る。そして、例えば観測筒２１ａの裏側の下部中心に、
図３のように開口部２３が設けられ、この開口部２３か
ら観測筒２１ａの内部に模型２４ａが着脱して交換する
ことが可能に挿入される。

【００１３】模型２４ａは、円形、楕円形、方形、三角
形等の種々の形状を有して観測筒２１ａの厚さと略同一
の長さに形成され、この模型２４ａが取付け板２５に装
着される。そして、開口部２３から模型２４ａを観測筒
２１ａの内部に入れ、取付け板２５を観測筒２１ａの裏
面にねじ２６で液密に締結して取付けられる。そこで、
模型２４ａが観測筒２１ａの内部の下部中心に、前後方
向に突き当てた状態で設置され、これにより水が模型２
４ａの左右に分かれてその上方に特有の流れとなり、こ
の水の流れの状態を明確に観測することが可能になる。

【００１４】他の観測筒の内部にも同様に模型が取付け
られ、これにより５本の観測筒２１ａ〜２１ｅの同一位
置に５種類の模型２４ａ〜２４ｅを設置することが可能
となる。これら５本の観測筒２１ａ〜２１ｅの下部はそ
れぞれ流量計３０や流量調整弁３１を備えた管路３２で
分岐管１７に連通され、この管路３２に混入装置４０が
必要に応じて選択的に連設される。従って、混入装置４
０は管路３２の全部に連設してもよい。また、個々の観
測筒２１ａ〜２１ｅの上部はオーバフロー管３３により
水タンク１１に連通され、ポンプ１２により水タンク１
１の水を５本の観測筒２１ａ〜２１ｅに分岐して一律に
供給し、５本の観測筒２１ａ〜２１ｅからオーバフロー
する水はそれぞれ独立回収して循環するように構成され
る。

【００１５】混入装置４０は、図４に示すように管路３
２の途中に設置されるベンチュリー４１と、ベンチュリ
ー４１の直下流（図面では上面）に配置される吸引部材
４２を備える。吸引部材４２は通路４３の周囲に溝４４
が環状に形成され、この溝４４から通路４３に小径の多
数のノズル４５が放射状に連通して、ベンチュリー４１
を通過する際の高速流による吸引力をノズル４５に付与
するようになっている。また、溝４４と連通するねじ孔
４６に管路４７が連通し、この管路４７がタンク４８に
連通する。管路４７には空気や色素などの導入流体の流
量を調節する流量制御弁４９と逆流を防ぐ逆止弁５０が
配設されている。タンク４８は、空気を混入する場合は
大気に開放し、色素を混入する場合は色素の入った液体
が収容される。

【００１６】次に、この実施例の作用について説明す
る。まず、５本の観測筒２１ａ〜２１ｅを使用する場合
は、５種類の模型２４ａ〜２４ｅを入れる。また、使用
しない観測筒が有る場合はその流量調整弁を全閉して準
備を整える。そして、ポンプ１２を駆動すると、水タン
ク１１の水が分岐管１７に吐出した後管路３２により複
数に分岐して上方に圧送され、この水が例えば５本の観
測筒２１ａ〜２１ｅの内部を下から上に流れ、観測筒２
１ａ〜２１ｅからオーバフローした水がそのオーバフロ
ー管３３により水タンク１１に回収される。

【００１７】このとき観測筒２１ａ〜２１ｅは、横幅が
広いと共に長くて容量の大きい形状であり、このため観
測筒２１ａ〜２１ｅに流入した水は流速低下してその内
部に充満する。そして、水が下から上に流れるため、空
気の混入や水の荷重の影響の無い状態で観測筒２１ａ〜
２１ｅの内部一杯に充満しつつ流れる。そこで、流量計
３０により水の流量を監視し、流量調整弁３１により水
の流量を調整することにより、観測筒２１ａ〜２１ｅの
内部に最適な水の層流状態が生成される。また、観測筒
２１ａ〜２１ｅの内部の模型２４ａ〜２４ｅの大きさや
形状による水の抵抗等で水の排出状態が変化するが、個
々の観測筒２１ａ〜２１ｅで独立してオーバフローする
ことで、複数の観測筒２１ａ〜２１ｅ相互の間で水の流
れが干渉することが回避される。

【００１８】そして、例えば観測筒２１ａの内部では層
流状態の水が模型２４ａに当たって左右に分かれ、且つ
その模型２４ａの表面に沿って上方に流れる。この場合
に図示のように５本の観測筒２１ａ〜２１ｅに５種類の
模型２４ａ〜２４ｅが設置されると、５本の観測筒２１
ａ〜２１ｅの同一位置にそれぞれ各模型２４ａ〜２４ｅ
に特有の異なった流れ方や乱流を生じる。そこで透明の
観測筒２１ａ〜２１ｅの外から実際に目で見ることによ
り、個々の観測筒２１ａ〜２１ｅの水の流れの状態を観
測することができる。また５種類の模型２４ａ〜２４ｅ
の異なる流れの状態が同一位置の左右方向に隣接配置さ
れることで、その異なる流れの状態を相互に見比べて観
測することもでき、こうして水力学の学習や製品開発の
実験等が効率良く行われる。

【００１９】このとき混入装置４０を使用し、そのタン
ク４８を大気開放すると、ベンチュリー４１の高速流に
よる吸引力でノズル４５から空気が細かい多量の泡とな
って水に容易に混入する。そして、例えば模型２４ａに
対して空気の泡が水と一緒に種々の形態で流れ、この泡
により水の流れる状態が一層明確に観測できる。タンク
４８に色素の入った液体を入れると、同様にノズル４５
からその色素が水に混入し、このため色素により水の流
れを明確に観測できる。

【００２０】以上、この発明の実施例について説明した
が、水以外の種々の液体を使用することもできる。観測
筒の断面形状は楕円形等でも良い。また、観測筒は全体
を一体の槽に形成し、前記槽を仕切板により複数の槽に
仕切る構成としてもよい。ポンプにより水を圧送する方
式であるが、水を吸引して循環する方式にすることもで
きる。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の請求
項１に係る流動観測装置では、縦形の取付け台の下部に
液体タンクとポンプを備えたポンプユニットが配置さ
れ、上部に観測ユニットが配置され、この観測ユニット
は扁平断面で長く形成される透明の観測筒が複数本垂直
に設置され、これら観測筒の内部の下部中心に物体の模
型を着脱可能に挿入してなり、複数本の観測筒が流量調
整弁を備えた管路、オーバフロー管によりポンプユニッ
トに、液体タンクの液体を観測筒の内部を下から上に流
して循環するように配管される構成であるから、物体の
模型に対する流体の流れの状態を簡便に観測することが
できる。

【００２２】観測ユニットの観測筒が高い位置に垂直に
配置されるので、見易い。観測筒が扁平断面で長い形状
であり、この観測筒に液体が下から上に流れる構成であ
るから、模型に対して液体が微妙に変化して流れること
ができ、このため液体の流れる状態を高い精度で観測で
きる。観測筒が複数本配設されるので、複数種類の模型
の流れの状態を効率良く観測できる。

【００２３】請求項２に係る流動観測装置では、観測筒
の下部上流側の管路が、ベンチュリーによる吸引力で気
泡や色素を液体に混入する混入装置が連設されるので、
混入装置により気泡や色素を液体に容易に混入できる。
また、気泡や色素の混入で、液体の流れの状態を一層明
確に観測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る流動観測装置の実施例を示す正
面図である。

【図２】同実施例の側面図である。

【図３】模型の取付け状態を示す断面図である。

【図４】混入装置を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 取付け台 １０ ポンプユニット １１ 水タンク（液体タンク） １２ ポンプ ２０ 観測ユニット ２１ａ 観測筒 ２１ｂ 観測筒 ２１ｃ 観測筒 ２１ｄ 観測筒 ２１ｅ 観測筒 ２４ａ 模型 ２４ｂ 模型 ２４ｃ 模型 ２４ｄ 模型 ２４ｅ 模型 ３１ 流量調整弁 ３２ 管路 ３３ オーバフロー管 ４０ 混入装置 ４１ ベンチュリー ４４ 溝 ４５ ノズル ４６ ねじ孔 ４７ 管路 ４８ タンク ４９ 流量制御弁 ５０ 逆止弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦形の取付け台の下部に液体タンクとポ
   ンプを備えたポンプユニットが配置され、上部に観測ユ
   ニットが配置され、この観測ユニットは扁平断面で長く
   形成される透明の観測筒が複数本垂直に設置され、これ
   ら観測筒の内部の下部中心に物体の模型を着脱可能に挿
   入してなり、複数本の観測筒が流量調整弁を備えた管
   路、オーバフロー管により液体タンクの液体を観測筒の
   内部を下から上に流して循環するように配管されること
   を特徴とする流動観測装置。
2. 【請求項２】 観測筒の下部上流側の管路は、ベンチュ
   リーによる吸引力で気泡や色素を液体に混入する混入装
   置が連設されることを特徴とする請求項１記載の流動観
   測装置。