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

気体や液体の流れを可視化するとは？

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流れを可視化することで、シミュレーションや理論だけでは把握しにくい現象を、実際の流れとして観察・検証できます。

このページでわかること

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流れを可視化する目的

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。

流れのパターンを把握する：
渦、分離、再循環、噴流の広がりなどを視覚的に確認できます。

シミュレーションや理論と比較する：
CFDなどの解析結果と実際の流れを比較し、モデルや条件設定の妥当性を確認できます。

設計や条件を見直す：
流れの偏り、滞留、乱れなどを確認し、形状や運転条件の改善に役立てます。

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。流体を可視化することで、流れの全体像や時間変化を直接観察し、カメラで記録できます。

また、PIVのような解析手法を組み合わせることで、流速や方向を定量的に評価することもできます。

流体可視化で分かること

流体可視化では、単に流れが見えるだけでなく、現象の発生位置や時間変化を把握しやすくなります。たとえば、以下のような情報を確認できます。

流れの方向
渦の発生
流れの分離・再付着
噴流の広がり
滞留・よどみ
熱やガスによる密度変化
条件変更前後の違い

流れを可視化する主な手法

流れの可視化には、対象となる現象や知りたい情報に応じて複数の手法があります。代表的な方法として、トレーサー粒子を使うレーザーシート法、速度を算出するPIV、密度変化を可視化するシュリーレン法があります。

手法	可視化できるもの	特徴	向いている対象
レーザーシート	粒子の動き、流れの詳細	トレーサー粒子にシート状の光を当てて観察	気流・水流・噴流・渦
PIV	流速・流れの方向	粒子画像を解析し、速度ベクトルとして定量評価できる	流体解析、CFD比較、研究開発
シュリーレン法	密度変化、温度差、ガスの流れ	光の屈折を利用し、トレーサー無しで可視化できる	熱流体、ガス、衝撃波、超音波