流体の可視化について。

私は現在、工学部で流体工学を専攻しています。

流体の動きは目に見えない場合が多いため、その流れを可視化することが1つの命題なわけですが、そのことについての論文などを読んでいると疑問が浮上してきました。

可視化に使う物質はアルミ二ウム、マグネシウム、ガラスビーズなどの粉末、また線香の煙など様々です。

液体に関して質問なのですが、
アルミ粉末やマグネ粉末を使用するときの使い分けはどのようにされるのでしょうか？
流体の種類(粘度など)、温度、流速またはレイノルズ数などによって使い分けているのでしょうか？

研究室の先生に聞いても有効な解答が得られませんでした。
もし知っていたら教えてください。
宜しくお願いします。

No.6 回答者： nichiyouke 回答日時： 2008/04/28 23:47

＞液体に関して質問なのですが、

＞アルミ粉末やマグネ粉末を使用するときの使い分けはどのようにされるのでしょうか？

とのことですが、＃５の回答者が触れている文献にあるように、アルミ粉末は、箔状粉なので、せん断のある流れ場では、向きがそろうという傾向があります。
したがって反射の濃淡で流れの向きの変化を可視化することができる利点があります。
しかし、もともとＰＩＶなおで流速をはかることはアルミ粉末では困難です。

ここからはわたしの疑問なのですが、マグネシウム粉を使うということがありえるのでしょうか？水と容易に反応して発火するので危険だと思うのですが？

No.5 回答者： toy-ut 回答日時： 2008/04/26 09:36

沈降速度や抗力係数を求め判断していきます。

あとは撮影するカメラの分解能から粒径を決めていくと思います。
可視化の目的によりますが、最終的に速度分布を求めるなら、PIVやLDVなどの測定方法からもトレーサが規制されます。
対象の流体が判らないですが、空気などのガス流なら線香やタフトでしょうが、液体なら固体粉末でしょう。
流速分布で速度勾配が大きい場合は、抗力係数の影響を受けるので、大きく拡大すると、トレーサがピンポン玉のようにくねったりフォークボールのように落ちますので、単に大きさだけでなく、球形か扁平形か、形状も大事なので、良く観察した方が良いですね。
僕は少し古い本ですが、"流れの可視化学会編，流れの可視化ハンドブック"(朝倉書店，1986）がお勧めですが、以下のサイトでよい記事がかかれてましたのでご参考までに紹介しておきます。
事前に数値検討しておくことをお勧めします。ただ理論的にこういうのが欲しいとなっても、入手できないこともあるので、最後は妥協になると思います。参考になれば幸甚です。
http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/gikan/houkoku8/vi …

参考URL：http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/gikan/houkoku8/vi …

No.4 回答者： masa2211 回答日時： 2008/04/24 01:06

＞可視化に使う物質はアルミ二ウム、マグネシウム、ガラスビーズなどの粉末、また線香の煙

え？　線香の煙？
これって、どうみても、流体が気体の場合にしか使えないと思うが。
そして、それが答でしょう。
したがって、joshua01さんの答（流体と比重が類似、反射率（見やすい）、....）と同じ意見です。

ただ、流体が水の場合、選ぶ材料は違う、かな？
実験室での実験　　：インク。
河川や用水路の現物：石灰。
地下水など　　　　：放射性同位元素。（可視化とはちょっと違う。）

インク：見やすい。安い。どこでも入手できる。
石灰：多量にブチ込む必要があるため、価格最優先。かつ、多量にブチ込んでもあまり害を与えない。
放射性同位元素：トレーサーが広く分散しても計器に反応する、自然現象で放射性同位元素が混じる可能性は非常に少ない。

No.3 回答者： joshua01 回答日時： 2008/04/23 20:41

こんにちは。

次のような考察ではいかがでしょう。

　ポイントとして、基本的には、「混入量は少ないほど良いので重量、反射率、化学的安定性」をポイントに「経験」（予備試験）で選ぶというところでしょうか
（他にも価格・粒状性の良いものの入手しやすさ等がありますが）

まず、重量です。
　一般的には軽い方が良いですが、液面だけを観察するのでなければ、すべて水面に浮いてしまっては使えません。流体と比重が近い必要があります。また、流体の粘性が低く、乱流が少ないほど、比重の違いが問題になりやすくなります。また、比重が異なってしまっても細粒であるほど流体内に均一に分布してくれるでしょう。

次に反射率ですね。
　金属等は素材の持つ反射率が基本になり、ガラスや樹脂では「屈折率」の違いによる反射を期待することになりますが、特に後者では、流体に近い屈折率では観察ができなくなります。
また、反射面の形状（粒子の製法）も影響しますね。球形や複雑な面を持つ形状なら安定して反射しますが、反射率そのものは小さくなる一方、アルミ箔等の箔から作った物は流体になじみやすく、軽く、粒子の体積に対する反射面の面積も大きいのですが、面が特定の角度の時ばかり光って安定した反射は期待しにくくなります。
その点では、本来、「コーナーレフレクタ」形状を持つ粒子が理想的ですが、多分無理かと。

最後に化学的特性（反応性）でしょうか
　鉄粉では空気に対してはたちまち錆びてしまいます。アルミは表面酸化膜のため水に対しては安定ですが、酸になると弱いので、樹脂やガラスを使うことになるでしょう。他方で、多くの樹脂は水をはじきやすい（疎水性）という化学特性を持つため、比重のバランスが良くてもいったん表面に浮いたら表面張力により沈み難く、いつのまにか表面に溜まってしまう等も考慮する必要があるでしょう。


ということで、基本的には、安定で粉体が作りやすく、水との比重も近い（２．７）のアルミ粉がたいていは一番でしょう。一方、さらに乱流の少ない場合にはもっと軽くする必要があるため、特性が近くてさらに軽いマグネシウム（比重１．７）に頼る必要があるでしょうが、マグネシウム粉は燃焼しやすくて取扱に注意が必要なほか、全体に価格も高いでしょう。
さらに軽くする必要があるなら樹脂ですが、屈折反射を使うことになるので、屈折率に注意・・・といったところですね

さてさて、いかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

No.2 回答者： usokoku 回答日時： 2008/04/23 16:08

ひとつは、変な反応がおこらないこと(含、ゴミ処理)、

残りは、やってみてたまたまうまくいった内容を使っている

のが、現状(といっても関係していたのはかなり前ですけど)です。

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/04/23 10:50

こんな既存研究も、↓

http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/gikan/houkoku3/ry …