気体・液体の流れを可視化｜流体可視化について事例と合わせて解説

レーザーシートによる気流の可視化 ※撮影協力：東京理科大学 石川 仁 先生  青野 光 先生

「気体や液体の流れを可視化する」とは、流体を見える化してカメラや目視で観察できるようにすることです。通常は目に見えない現象を可視化することで、シミュレーションでしか評価ができない観測対象を実際の流れから検証することができます。

気体や液体の流れを可視化することは、流体の動きや流れの特性を理解しやすくするために行われます。主な目的は以下の通りです。

• 流れのパターンの把握：
  流体の流れ方やパターンを視覚的に理解することができます。渦、分離、再循環など流れの特性を識別することができます。
• 理論と実験の比較：
  理論や数値シミュレーションによる予測と実験結果を比較することで、理論の妥当性を評価することができます。
• 設計の最適化：
  機械や構造物の設計において、流体の流れを考慮する必要がある場合、流れの可視化を通じて最適な設計を導き出すことができます。

気体や液体など多くの流体は透明であり、その動きやパターンは通常目に見えません。流体を可視化する技術を用いれば、直接的に観察したり、カメラで記録したりすることが可能になります。また、ある特定の瞬間での流れの全体像や、流れの特性（例えば速度や密度）を定量的（または定性的）に評価することもできます。

• レーザーシート：流体に追従するトレーサー粒子の光の散乱を可視化
• シュリーレン：流体の密度勾配を可視化

カトウ光研では、レーザーシート光源・シュリーレン装置による流体可視化を提案しています。レーザーシート光源による可視化は、流体に追従する粒子（トレーサー粒子）を散布して、レーザー光によって散乱する粒子を視認します。

一方、シュリーレン装置では流体の密度の違いによる光の屈折を可視化します。これをシュリーレン法といい、レーザーシートのようにトレーサー粒子を必要としません。

空気を可視化する場合、空気の流れに追従して運動する煙（スモーク）を散布します。一方で、液体の場合には比重の近い固体粒子を懸濁して使用します。可視化したい対象や撮影の画素数を考慮して、適切な粒子を選択しないと実際の流れとは異なる見え方をしてしまいます。カトウ光研では、実験条件に応じた最適なトレーサー粒子を提案しています。

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