JPS621221B2 - - Google Patents
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- JPS621221B2 JPS621221B2 JP55004912A JP491280A JPS621221B2 JP S621221 B2 JPS621221 B2 JP S621221B2 JP 55004912 A JP55004912 A JP 55004912A JP 491280 A JP491280 A JP 491280A JP S621221 B2 JPS621221 B2 JP S621221B2
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- turbulence
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
- G01P5/06—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer using rotation of vanes
- G01P5/07—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer using rotation of vanes with electrical coupling to the indicating device
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
従来はげしい渦流を伴う乱れた流れを取扱う現
場試験においては、定常流の場合に規定されてい
る各種測定法がそのまま適用されている。これら
による測定誤差は不明であるから、高精度の測定
結果は得られない。 本発明はこの欠点を除去するために、大流量の
直接計測に最適といわれている流速計法を取扱
い、物性値の異なる各種流体の定常流の広範な流
速域に適用できる翼車形流速計（以下流速計と呼
ぶ）の校正式を提示し、されに乱れ度の大きい流
れに対しても使用でき得るようその一般化と高精
度化をはかり、現場試験にも適用可能な流速計に
よる乱流測定法の確立を目的とするものである。 従来流速計の水用校正式は定常な流れにおい
て、指示流速Ｖを翼車の回転数ｎの一次関数と仮
定し、式中の常数αおよびβの値がそれぞれえい
航水槽試験により定められている。 Ｖ＝an＋β (1) (1)式のａおよびβの各値は、流体の密度ρ、動
粘度νおよびレイノルズ数Re（Re＝ＶｔＲ／ν，tR＝ 翼の外径点においての弦長）の各値が大きく変化
するとき、これらの影響を受けて、それぞれが変
化しなければならない。にもかかわらず、αおよ
びβについての換算式は不明であるから、それは
指示誤差発生の要因になつている。さらに、(1)式
はそのままはげしい渦流を伴う乱れた流れに適用
されると、上記の物性値の変化による影響のみな
らず流れの乱れ度の変化による影響も大きく受け
るので現場試験に対する適応性は不明である。 翼車形流速計校正式に関する解析 上述の欠点を除去するために、まず各種流体の
定常な流れを取扱い、レイノルズ数を用いて流れ
の状態を定義する。流速計翼車のμｏ（＝UR／
Ｖ＝翼端の周連／流速）はRe数の関数ｆを用い
て次式のように表わす。 μｏ＝ｆ（Re） (2) さらに、つきの無次元量を定義する。 X′＝Re−（Re）ｓ， Y′＝Ｒｅ−（Ｒｅ）ｓ／μｏ−（μｏ）ｓ(3) (3)式において、（Re）ｓは翼車がはじめて定常
回転するときのRe数、（μｏ）ｓは（Re）ｓにお
いてのμｏの値である。これら（Re）ｓおよび
（μｏ）ｓの各値は翼車のトルクおよびスラスト
を表示する基礎式により導出することができる。
理想形流速計については、双曲線関数の関係が適
用できる。 第１図は流速計のRe〜μｏ曲線と双曲線の関
係図例である。同図において、直角座標ｘ，ｙは
それぞれRe，μｏを示し、原点ｏ、双曲線の両
漸近線はｘ＝a′，ｙ＝b′とする。同図上Ａは流速
計の設計諸元値ｘ＝（Re）ｄおよびｙ＝（μｏ）
ｄ、Ｂは（Re）ｓ、Ｅは（Re）ｄ、A′は点Ａよ
り直線ｙ＝b′に下した垂線の足で、添字ｄは設計
点を示す。さらに線分BAの延長線とｙ＝b′との
交点をＣ、∠ABE＝∠ACA′＝∠βとする。直線
AB上AC＝BDになる点をＤとし、点Ｄを通りｙ
軸に平行線DNを引き、ｘ軸、ｙ＝b′との交点を
それぞれB′，Ｎとする。また翼車のμｏの最大値
を（μｏ）maxとし、 ｙ＝b′≒（μｏ）max (4) とおくことは可能であり、（μｏ）maxの値は設
計ビツチから定められる。このとき、翼車の滑り
率S.R.はつぎのように定義することができる。 S.R.＝（μｏ）ｄ／（μｏ）ｍａｘ (5) 第１図において
場試験においては、定常流の場合に規定されてい
る各種測定法がそのまま適用されている。これら
による測定誤差は不明であるから、高精度の測定
結果は得られない。 本発明はこの欠点を除去するために、大流量の
直接計測に最適といわれている流速計法を取扱
い、物性値の異なる各種流体の定常流の広範な流
速域に適用できる翼車形流速計（以下流速計と呼
ぶ）の校正式を提示し、されに乱れ度の大きい流
れに対しても使用でき得るようその一般化と高精
度化をはかり、現場試験にも適用可能な流速計に
よる乱流測定法の確立を目的とするものである。 従来流速計の水用校正式は定常な流れにおい
て、指示流速Ｖを翼車の回転数ｎの一次関数と仮
定し、式中の常数αおよびβの値がそれぞれえい
航水槽試験により定められている。 Ｖ＝an＋β (1) (1)式のａおよびβの各値は、流体の密度ρ、動
粘度νおよびレイノルズ数Re（Re＝ＶｔＲ／ν，tR＝ 翼の外径点においての弦長）の各値が大きく変化
するとき、これらの影響を受けて、それぞれが変
化しなければならない。にもかかわらず、αおよ
びβについての換算式は不明であるから、それは
指示誤差発生の要因になつている。さらに、(1)式
はそのままはげしい渦流を伴う乱れた流れに適用
されると、上記の物性値の変化による影響のみな
らず流れの乱れ度の変化による影響も大きく受け
るので現場試験に対する適応性は不明である。 翼車形流速計校正式に関する解析 上述の欠点を除去するために、まず各種流体の
定常な流れを取扱い、レイノルズ数を用いて流れ
の状態を定義する。流速計翼車のμｏ（＝UR／
Ｖ＝翼端の周連／流速）はRe数の関数ｆを用い
て次式のように表わす。 μｏ＝ｆ（Re） (2) さらに、つきの無次元量を定義する。 X′＝Re−（Re）ｓ， Y′＝Ｒｅ−（Ｒｅ）ｓ／μｏ−（μｏ）ｓ(3) (3)式において、（Re）ｓは翼車がはじめて定常
回転するときのRe数、（μｏ）ｓは（Re）ｓにお
いてのμｏの値である。これら（Re）ｓおよび
（μｏ）ｓの各値は翼車のトルクおよびスラスト
を表示する基礎式により導出することができる。
理想形流速計については、双曲線関数の関係が適
用できる。 第１図は流速計のRe〜μｏ曲線と双曲線の関
係図例である。同図において、直角座標ｘ，ｙは
それぞれRe，μｏを示し、原点ｏ、双曲線の両
漸近線はｘ＝a′，ｙ＝b′とする。同図上Ａは流速
計の設計諸元値ｘ＝（Re）ｄおよびｙ＝（μｏ）
ｄ、Ｂは（Re）ｓ、Ｅは（Re）ｄ、A′は点Ａよ
り直線ｙ＝b′に下した垂線の足で、添字ｄは設計
点を示す。さらに線分BAの延長線とｙ＝b′との
交点をＣ、∠ABE＝∠ACA′＝∠βとする。直線
AB上AC＝BDになる点をＤとし、点Ｄを通りｙ
軸に平行線DNを引き、ｘ軸、ｙ＝b′との交点を
それぞれB′，Ｎとする。また翼車のμｏの最大値
を（μｏ）maxとし、 ｙ＝b′≒（μｏ）max (4) とおくことは可能であり、（μｏ）maxの値は設
計ビツチから定められる。このとき、翼車の滑り
率S.R.はつぎのように定義することができる。 S.R.＝（μｏ）ｄ／（μｏ）ｍａｘ (5) 第１図において
【表】
なお、(4)式のa′の符号はつぎの条件から定められ
る。
る。
【表】
∠A′NB′の二等分線と双曲線の交点をＱとし、
NQをｈとすると、Ｃ＝h2／２である。 第１図に示している双曲線は （Re−a′）（μｏ−b′）＝−Ｃ (8) かくして、流速計のX′−Y′応答は(3)式と(8)式
からつぎのように示される。 Ｘ″／Ｙ＋Ｘ′／Ｙ〔（Re）ｓ−a′〕 ＋X′〔（μｏ）ｓ−b′〕 ＋〔（Re）ｓ−a′〕〔（μｏ）ｓ−b′〕 ＝−Ｃ (9) 流速計の諸元値が定められると、（μｏ）ｓ
０を仮定することができるので(9)式は直線的応答
を示す。 Y′＝１／ｂ′X′＋（Ｒｅ）ｓ−ａ′／ｂ′ (10) この結果、各種流体の定常流において(2)式は成
立し、流速計の校正式はレイノルズ数の関数によ
り表示することが可能になる。
NQをｈとすると、Ｃ＝h2／２である。 第１図に示している双曲線は （Re−a′）（μｏ−b′）＝−Ｃ (8) かくして、流速計のX′−Y′応答は(3)式と(8)式
からつぎのように示される。 Ｘ″／Ｙ＋Ｘ′／Ｙ〔（Re）ｓ−a′〕 ＋X′〔（μｏ）ｓ−b′〕 ＋〔（Re）ｓ−a′〕〔（μｏ）ｓ−b′〕 ＝−Ｃ (9) 流速計の諸元値が定められると、（μｏ）ｓ
０を仮定することができるので(9)式は直線的応答
を示す。 Y′＝１／ｂ′X′＋（Ｒｅ）ｓ−ａ′／ｂ′ (10) この結果、各種流体の定常流において(2)式は成
立し、流速計の校正式はレイノルズ数の関数によ
り表示することが可能になる。
【表】
上記の(10)式が直線的応答を示すことから、(8)式
および(11)式は定常流の場合良好な校正式になる。 つぎに流速計が各種流体の乱流による影響を受
ける場合、流れの乱れ度T.F.の値（乱れの強さ
と大きさを包含した値）によつて流体の速度場の
変動は規定することができる。このとき、T.F.
＝１は定常流の場合である。校正式として(8)式ま
たは(11)式を保持する良好な流速計は、流れの乱れ
度T.F.が一定値の場合、乱流に対しても直線的
応答を示すことが期待できる。流速計が各種の乱
れ度T.F.の値によつて影響を受けると、受ける
影響度に対応してそのμｏ―Re曲線は変化す
る。そこで、流れのT.F.の値に対する流速計の
応答関係（１−μｐＴ／μｏ）はつぎのように仮定され る。 １μｐＴ／μｏ＝F1（Re）・F2（T.F.） (12) ここに示しているμpTは乱れの影響を受けたμ
ｏの値、F1およびF2はそれぞれReおよびT.F.の
関数である。 さらにつきの無次元量を定義する。 X″＝１−μｐＴ／μｏ (13) Y″＝Re（１−μｐＴ／μｏ） (14) 前述している定常流の場合、すなわちT.F.＝
１のμｏ〜Re曲線は直線的応答を示しており、
乱れの影響を受ける場合のμpT〜Re曲線は経験
に基づくと定常流の場合と同様にほぼ直線的応答
を示す。この直線はつぎのように表わせる。 Y″＝ＡTX″＋Cr (15) （15）式に示している符号はつぎのようなもの
である。 X″〜Y″座標においてＡTは直線の勾配、Crは
直線の切片である。（15）式を書き換えると、 （μｏ−μpT）（Re−ＡT）＝μoCT (16) （16）式を（12）式に代入すると右辺の関数関
係はつぎのように表わされる。 （１−μｐＴ／μｏ）＝１／Ｒｅ−ＡＴ・ＣT (17) （17）式を書き換えると、 μpT＝μｏ（１−ＣＴ／Ｒｅ−ＡＴ） (18) （18）式が各種流体の乱れた流れの影響を受け
る流速計の校正式である。 （18）式に示しているＡTおよびＣTの各値は、
流速計による実測値を適用すると容易に定めるこ
とができる。すなわち、乱れた流れの場合、
（Re）Sの値を（Re）sTとすれば、ＡTの値はほぼ
（Re）sTの値に等しい。 ＡT（Re）sT (19) さらにＣTは(12)式と（17）式からつぎのように
示すことができる。 ＣT＝F3（T.F.） (20) ここに示しているF3はT.F.の関数である。こ
の関数は実測値に基づくとつぎのように示すこと
が可能になる。 ＣT＝ψ（T.F.−１）〓 (21) （21）式に示している符号はつぎのように定義
する。φは横軸に（T.F.−１）を取り、縦軸を
ＣTとした両対数座標における直線の勾配、ψは
その切片である。（18）式に（19）式および
（21）式を代入すると、各種流体の乱れた流れの
影響を受ける流速計の実用的校正式は次式により
示される。 μpT＝μｏ〔１−ψ（Ｔ．Ｆ．−１）〓／Ｒｅ−（Ｒ
ｅ）ｓＴ〕(22) （22）式は定常流の場合、すなわちT.F.＝１
では、μpT＝μｏとなり、このとき(12)式により示
される応答は零である。 μpT＝μｏ (23) 上記のことは、本解析において考慮した境界条
件であり、それは満足されている。 本発明翼車形流速計による乱流測定法の特徴上
述の流速計校正式の理論を適用した実施例につい
て、流れの流速および流量の計測に関する重要な
特徴を簡単に記述する。 １ 定常流の場合 流速計は市販中良好な性能を示すといわれてい
る水用小形ott流速計No.３を用いて、各種流体の
各物性値が大きく異なつている空気、水および油
の流れを取扱い、これらの定常流における流速計
の特性へ検討を加える。 第２図は、横軸にレイノルズ数Reをとり、縦
軸をμｏとした小形ott流速計の特性曲線図を示
す。同図には、空気、水および油の各実測値の例
がそれぞれ記号×、△および○の順序で記入され
てある。 第３図は使用した小形ott流速計の概略説明図
の例で、翼車の主要諸元値の例は、翼車外径＝５
cm、平板翼３枚、ピツチ＝25cm、翼面積＝1914
mm、翼角32゜10′、面積比＝0.985、節弦比＝
1.187、材質＝アラルダイトである。上記諸元値
に基づいて、本発明による校正式(11)式の計算結果
は次式のようになる。
および(11)式は定常流の場合良好な校正式になる。 つぎに流速計が各種流体の乱流による影響を受
ける場合、流れの乱れ度T.F.の値（乱れの強さ
と大きさを包含した値）によつて流体の速度場の
変動は規定することができる。このとき、T.F.
＝１は定常流の場合である。校正式として(8)式ま
たは(11)式を保持する良好な流速計は、流れの乱れ
度T.F.が一定値の場合、乱流に対しても直線的
応答を示すことが期待できる。流速計が各種の乱
れ度T.F.の値によつて影響を受けると、受ける
影響度に対応してそのμｏ―Re曲線は変化す
る。そこで、流れのT.F.の値に対する流速計の
応答関係（１−μｐＴ／μｏ）はつぎのように仮定され る。 １μｐＴ／μｏ＝F1（Re）・F2（T.F.） (12) ここに示しているμpTは乱れの影響を受けたμ
ｏの値、F1およびF2はそれぞれReおよびT.F.の
関数である。 さらにつきの無次元量を定義する。 X″＝１−μｐＴ／μｏ (13) Y″＝Re（１−μｐＴ／μｏ） (14) 前述している定常流の場合、すなわちT.F.＝
１のμｏ〜Re曲線は直線的応答を示しており、
乱れの影響を受ける場合のμpT〜Re曲線は経験
に基づくと定常流の場合と同様にほぼ直線的応答
を示す。この直線はつぎのように表わせる。 Y″＝ＡTX″＋Cr (15) （15）式に示している符号はつぎのようなもの
である。 X″〜Y″座標においてＡTは直線の勾配、Crは
直線の切片である。（15）式を書き換えると、 （μｏ−μpT）（Re−ＡT）＝μoCT (16) （16）式を（12）式に代入すると右辺の関数関
係はつぎのように表わされる。 （１−μｐＴ／μｏ）＝１／Ｒｅ−ＡＴ・ＣT (17) （17）式を書き換えると、 μpT＝μｏ（１−ＣＴ／Ｒｅ−ＡＴ） (18) （18）式が各種流体の乱れた流れの影響を受け
る流速計の校正式である。 （18）式に示しているＡTおよびＣTの各値は、
流速計による実測値を適用すると容易に定めるこ
とができる。すなわち、乱れた流れの場合、
（Re）Sの値を（Re）sTとすれば、ＡTの値はほぼ
（Re）sTの値に等しい。 ＡT（Re）sT (19) さらにＣTは(12)式と（17）式からつぎのように
示すことができる。 ＣT＝F3（T.F.） (20) ここに示しているF3はT.F.の関数である。こ
の関数は実測値に基づくとつぎのように示すこと
が可能になる。 ＣT＝ψ（T.F.−１）〓 (21) （21）式に示している符号はつぎのように定義
する。φは横軸に（T.F.−１）を取り、縦軸を
ＣTとした両対数座標における直線の勾配、ψは
その切片である。（18）式に（19）式および
（21）式を代入すると、各種流体の乱れた流れの
影響を受ける流速計の実用的校正式は次式により
示される。 μpT＝μｏ〔１−ψ（Ｔ．Ｆ．−１）〓／Ｒｅ−（Ｒ
ｅ）ｓＴ〕(22) （22）式は定常流の場合、すなわちT.F.＝１
では、μpT＝μｏとなり、このとき(12)式により示
される応答は零である。 μpT＝μｏ (23) 上記のことは、本解析において考慮した境界条
件であり、それは満足されている。 本発明翼車形流速計による乱流測定法の特徴上
述の流速計校正式の理論を適用した実施例につい
て、流れの流速および流量の計測に関する重要な
特徴を簡単に記述する。 １ 定常流の場合 流速計は市販中良好な性能を示すといわれてい
る水用小形ott流速計No.３を用いて、各種流体の
各物性値が大きく異なつている空気、水および油
の流れを取扱い、これらの定常流における流速計
の特性へ検討を加える。 第２図は、横軸にレイノルズ数Reをとり、縦
軸をμｏとした小形ott流速計の特性曲線図を示
す。同図には、空気、水および油の各実測値の例
がそれぞれ記号×、△および○の順序で記入され
てある。 第３図は使用した小形ott流速計の概略説明図
の例で、翼車の主要諸元値の例は、翼車外径＝５
cm、平板翼３枚、ピツチ＝25cm、翼面積＝1914
mm、翼角32゜10′、面積比＝0.985、節弦比＝
1.187、材質＝アラルダイトである。上記諸元値
に基づいて、本発明による校正式(11)式の計算結果
は次式のようになる。
【表】
（24）式による計算例は、実測値との比較のた
めに第２図中に実線を用いて記入してある。 さらに、第２図中には、従来一般に使用されて
いる水用校正式(1)式に基づく水用ott社校正式の
計算結果の例が点線により示されてある。上記の
実測値に対する両校正式の適用結果へ検討を加え
る。各種流体の定常流へ本発明による校正式を適
用すると、第２図に示しているように、（24）式
による計算結果はそれぞれの始動流速付近を除い
て、それぞれの広い流速範囲で良好な精度を保持
し、その指示誤差は±0.2％以下の値を示す。こ
れに比べて、ott社の水用校正式による計算結果
は、Re＜104の場合、指示誤差が１％から30％の
値、Re＞104では±0.5％以下の値となり、計測結
果の不正確さが明らかになつている。しかも、前
述のように、従来の校正式は各種流体に対する適
用性が不明である。よつて、本発明になる校正式
は各種流体の流れの広い流速の範囲で良好な精度
を示すことが認められる。 ２ 乱流の場合 本発明になる校正式は、自然のはげしい渦流を
伴う乱れた流れに対する適用性を考慮して、流れ
の乱れ度T.F.の値が大きく相違する水流へ適用
される。この場合、T.F.の値は球による計測法
によつて定められ、その値を大きく変化させるた
めに乱流格子（金網）が使用される。 使用流速計は、前記の小形ott流速計No.３を用
い、静止水中におけるえい航試験結果を定常流の
場合とし、それはT.F.＝１と定義される。 第４図は、T.F.の各値をもつ乱流の影響を受
けるott流速計（４種類No.１，２，３，４）の実
測値に基づいたRe〜μｏ曲線図の例である。同
図に示している各記号はT.F.値が大きく異なつ
た場合の各流れを示し、T.F.の各値は、◎＝
1.0，□＝2.3，△＝2.8，×＝3.1で、●および〇は
気流の場合を示している。 前述のottNo.３の諸元値を用いると、本発明に
なる乱流用校正式（18）式または（22）式は次式
のように示される。 μpT＝μｏ｛１−４３．９（Ｔ．Ｆ．−１）２．７７／Ｒｅ−（Ｒｅ）ｓ〔４．９６×１０−２（Ｔ．Ｆ．−１）
３．７１＋１〕｝(25) T.F.＝１の場合 μｏ＝0.628−２９０／Ｒｅ−３８８，（Re）ｓ＝850 （25）式を用いて計算した結果の例は第４図中
に実線で示してある。同図から、本発明になる校
正式は良好な精度を保持し、その指示誤差の値は
流速計の始動流速付近で±0.5％以下、流速が速
くなると±0.2％以下となり、流れの広い速度域
に対して適応することが明らかとなつた。 上述のことは、従来不明とされてきたはげしい
渦流を伴う乱れた流れを取扱う現場試験の場合、
その流速および流量が良好な精度で計測可能なこ
とを示している。 ３ 現場試験の場合 上記のように、本発明になる乱流用校正式は室
内実験によつて良好な精度を保持することが認め
られる。そこで、自然の渦流を伴うはげしい乱れ
を取扱う現場試験に対する本校正式の適応性の検
討を行う。 現場試験は第５図に示す中国電力株式会社広水
力発電所放水路の途中に３種類の測定器を取り付
けて同時測定を行つた。測定器は前述の小形ott
流速計No.３、流れの乱れ度とその方向も計測でき
る５孔探子球、および検定した標準ビトー管であ
る。 第５図は広発電所てい形放水路（上底＝2670
mm、下底＝1942mm、高さ＝2000mm、長さ＝40ｍ）
と測定装置の平面図、正面図および断面説明図の
例で、図中に示している説明用の符号は使用した
器具と水路の概略寸法である。なお、同図中に示
す水路断面において点線は流量Ｑ＝６m3／Ｓの場
合に平均水深が1.4ｍＱ＝3.5m3／Ｓでは、0.8ｍを
示し、ott流速計O.C.、ピトー管Ｐおよび探子球
Ｓはそれぞれの支持棒O.C.S.，P.S.およびS.S.に
固定され、それらは各スライダーSLにより上下
および左右の方向へ自由に移動できるように設置
してある。 第６図は、上記の測定装置を用い、放水路にお
いて測定断面の中心線上での乱れと流速を測定し
た結果の例で、この場合の流量は６m3／Ｓ，45
m3／Ｓおよび3.5m3／Ｓである。 同図は横軸に流速をとり、縦軸には、放水路の
水位が示されてあり、図中の符号はそれぞれott
流速計およびピトー管によるもので、経験からピ
トー管による指示流速がほほ実流速として取扱わ
れている。さらに、ott流速計の実測値へ本発明
になる乱流校正式を適用した場合、流速計による
流れの乱れ度の値は探子球による実測値とほぼ等
しくなり、またその指示流速の値は、ピトー管に
よる指示流速の値に等しくなる。 第６図において、流れの乱れ度の各値の例は
ott流速計（校正式を適用しない）による各実測
値の左側に示してあり、またピトー管の指示流速
曲線とott流速計が示す流速曲線（校正式を適用
しない）の横座標間の距離がott流速計の指示誤
差である。 上述のことから、本発明になる流速計の乱流校
正式は、自然のはげしい渦流を伴う乱れた流れを
取扱う現場試験に適用されると、流れの流速のみ
ならずその乱れ度も良好な精度で計測できること
を明らかに示している。 ４ 試作水用小形流速計の場合 市販中の流速計を取扱い、前記の１，２および
３に基づくと、本発明になる校正式(11)式および
（18）式は、流れに対する実施試験へ良好な精度
を保持し、従来の流速計による計測法の欠陥を改
善する特徴を示している。さらに、新しく水用小
形流速計を設計製作し、その実施試験を行い、上
述している適応性を確認するために検討を加え
る。 第７図は、試作した水用小形流速計とその流速
指示装置の概略説明図例。 第７図において、流速計本体に設置してある回
転数発振器は翼車軸の抵抗トルクを軽減するため
に新しく工夫した非接触形である。すなわち、発
光ダイオードからの投光は本体内翼車軸の一端
（他端は翼車）に取付けたスリツトを通して光ダ
イオードにより感知できる。スリツトは翼車の回
転とともに回転するように製作してあるので、ス
リツトによる投光しや断回数が電気回路における
パルスとして受光部に受信できる構造となつてい
る。この回路はリード線から増幅器を通してデジ
タルカウンターに接続しているので流速に対する
翼車の回転数が計測できる。 上記の試作流速計に対する実施試験結果の例を
第８図に示す。第８図は横軸にレイノルズ数Re
をとり、縦軸には翼車のμｏの値を示した試作流
速計のRe〜μｏ曲線例。試作４枚平板翼車の諸
元値は、外径＝15mm、ボス径＝６mm、翼角＝30
゜、翼弦長＝10.4mm、面積比＝1.0、ピツチ＝
11.78cmである。比較のため、試作流速計の諸元
値を用いて、校正式式を計算すると次式のよう
になる。 さらに、第８図に示してある実線は、（26）式
による計算値で、同図から流速計の始動流速の近
傍を除いて、計算値と実測値（〇は中国工業技術
試験所小形えい航水槽および広島大学えい航水
槽）はたいへん良好な精度で一致していることが
認められる。 上述のことから試作流速計に対する本発明にな
る校正式の適応性は良好なものと確認できる。な
お、乱流に対する適応性も同様な結果を得てい
る。 以上説明したように、この発明翼車形流速計の
校正式を各種流体の定常流および乱れた流れに適
用できるように、新しい無次元量を定義し、校正
式に対する解析を行い、各種流体の物性値の変化
による影響や乱れた流れの影響を除去することに
よつて、自然のはげしい乱れた渦流を取扱う現場
試験に対する計測を高精度化出来る効果がある。
よつて、本発明の現場試験に対する適用法は、乱
流測定法３に詳述したように上記の流速計とピト
ー管（または乱流特性の相異なる流速計２個）を
併用すると容易に乱流の流速ならびに流量を決定
することがでる。
めに第２図中に実線を用いて記入してある。 さらに、第２図中には、従来一般に使用されて
いる水用校正式(1)式に基づく水用ott社校正式の
計算結果の例が点線により示されてある。上記の
実測値に対する両校正式の適用結果へ検討を加え
る。各種流体の定常流へ本発明による校正式を適
用すると、第２図に示しているように、（24）式
による計算結果はそれぞれの始動流速付近を除い
て、それぞれの広い流速範囲で良好な精度を保持
し、その指示誤差は±0.2％以下の値を示す。こ
れに比べて、ott社の水用校正式による計算結果
は、Re＜104の場合、指示誤差が１％から30％の
値、Re＞104では±0.5％以下の値となり、計測結
果の不正確さが明らかになつている。しかも、前
述のように、従来の校正式は各種流体に対する適
用性が不明である。よつて、本発明になる校正式
は各種流体の流れの広い流速の範囲で良好な精度
を示すことが認められる。 ２ 乱流の場合 本発明になる校正式は、自然のはげしい渦流を
伴う乱れた流れに対する適用性を考慮して、流れ
の乱れ度T.F.の値が大きく相違する水流へ適用
される。この場合、T.F.の値は球による計測法
によつて定められ、その値を大きく変化させるた
めに乱流格子（金網）が使用される。 使用流速計は、前記の小形ott流速計No.３を用
い、静止水中におけるえい航試験結果を定常流の
場合とし、それはT.F.＝１と定義される。 第４図は、T.F.の各値をもつ乱流の影響を受
けるott流速計（４種類No.１，２，３，４）の実
測値に基づいたRe〜μｏ曲線図の例である。同
図に示している各記号はT.F.値が大きく異なつ
た場合の各流れを示し、T.F.の各値は、◎＝
1.0，□＝2.3，△＝2.8，×＝3.1で、●および〇は
気流の場合を示している。 前述のottNo.３の諸元値を用いると、本発明に
なる乱流用校正式（18）式または（22）式は次式
のように示される。 μpT＝μｏ｛１−４３．９（Ｔ．Ｆ．−１）２．７７／Ｒｅ−（Ｒｅ）ｓ〔４．９６×１０−２（Ｔ．Ｆ．−１）
３．７１＋１〕｝(25) T.F.＝１の場合 μｏ＝0.628−２９０／Ｒｅ−３８８，（Re）ｓ＝850 （25）式を用いて計算した結果の例は第４図中
に実線で示してある。同図から、本発明になる校
正式は良好な精度を保持し、その指示誤差の値は
流速計の始動流速付近で±0.5％以下、流速が速
くなると±0.2％以下となり、流れの広い速度域
に対して適応することが明らかとなつた。 上述のことは、従来不明とされてきたはげしい
渦流を伴う乱れた流れを取扱う現場試験の場合、
その流速および流量が良好な精度で計測可能なこ
とを示している。 ３ 現場試験の場合 上記のように、本発明になる乱流用校正式は室
内実験によつて良好な精度を保持することが認め
られる。そこで、自然の渦流を伴うはげしい乱れ
を取扱う現場試験に対する本校正式の適応性の検
討を行う。 現場試験は第５図に示す中国電力株式会社広水
力発電所放水路の途中に３種類の測定器を取り付
けて同時測定を行つた。測定器は前述の小形ott
流速計No.３、流れの乱れ度とその方向も計測でき
る５孔探子球、および検定した標準ビトー管であ
る。 第５図は広発電所てい形放水路（上底＝2670
mm、下底＝1942mm、高さ＝2000mm、長さ＝40ｍ）
と測定装置の平面図、正面図および断面説明図の
例で、図中に示している説明用の符号は使用した
器具と水路の概略寸法である。なお、同図中に示
す水路断面において点線は流量Ｑ＝６m3／Ｓの場
合に平均水深が1.4ｍＱ＝3.5m3／Ｓでは、0.8ｍを
示し、ott流速計O.C.、ピトー管Ｐおよび探子球
Ｓはそれぞれの支持棒O.C.S.，P.S.およびS.S.に
固定され、それらは各スライダーSLにより上下
および左右の方向へ自由に移動できるように設置
してある。 第６図は、上記の測定装置を用い、放水路にお
いて測定断面の中心線上での乱れと流速を測定し
た結果の例で、この場合の流量は６m3／Ｓ，45
m3／Ｓおよび3.5m3／Ｓである。 同図は横軸に流速をとり、縦軸には、放水路の
水位が示されてあり、図中の符号はそれぞれott
流速計およびピトー管によるもので、経験からピ
トー管による指示流速がほほ実流速として取扱わ
れている。さらに、ott流速計の実測値へ本発明
になる乱流校正式を適用した場合、流速計による
流れの乱れ度の値は探子球による実測値とほぼ等
しくなり、またその指示流速の値は、ピトー管に
よる指示流速の値に等しくなる。 第６図において、流れの乱れ度の各値の例は
ott流速計（校正式を適用しない）による各実測
値の左側に示してあり、またピトー管の指示流速
曲線とott流速計が示す流速曲線（校正式を適用
しない）の横座標間の距離がott流速計の指示誤
差である。 上述のことから、本発明になる流速計の乱流校
正式は、自然のはげしい渦流を伴う乱れた流れを
取扱う現場試験に適用されると、流れの流速のみ
ならずその乱れ度も良好な精度で計測できること
を明らかに示している。 ４ 試作水用小形流速計の場合 市販中の流速計を取扱い、前記の１，２および
３に基づくと、本発明になる校正式(11)式および
（18）式は、流れに対する実施試験へ良好な精度
を保持し、従来の流速計による計測法の欠陥を改
善する特徴を示している。さらに、新しく水用小
形流速計を設計製作し、その実施試験を行い、上
述している適応性を確認するために検討を加え
る。 第７図は、試作した水用小形流速計とその流速
指示装置の概略説明図例。 第７図において、流速計本体に設置してある回
転数発振器は翼車軸の抵抗トルクを軽減するため
に新しく工夫した非接触形である。すなわち、発
光ダイオードからの投光は本体内翼車軸の一端
（他端は翼車）に取付けたスリツトを通して光ダ
イオードにより感知できる。スリツトは翼車の回
転とともに回転するように製作してあるので、ス
リツトによる投光しや断回数が電気回路における
パルスとして受光部に受信できる構造となつてい
る。この回路はリード線から増幅器を通してデジ
タルカウンターに接続しているので流速に対する
翼車の回転数が計測できる。 上記の試作流速計に対する実施試験結果の例を
第８図に示す。第８図は横軸にレイノルズ数Re
をとり、縦軸には翼車のμｏの値を示した試作流
速計のRe〜μｏ曲線例。試作４枚平板翼車の諸
元値は、外径＝15mm、ボス径＝６mm、翼角＝30
゜、翼弦長＝10.4mm、面積比＝1.0、ピツチ＝
11.78cmである。比較のため、試作流速計の諸元
値を用いて、校正式式を計算すると次式のよう
になる。 さらに、第８図に示してある実線は、（26）式
による計算値で、同図から流速計の始動流速の近
傍を除いて、計算値と実測値（〇は中国工業技術
試験所小形えい航水槽および広島大学えい航水
槽）はたいへん良好な精度で一致していることが
認められる。 上述のことから試作流速計に対する本発明にな
る校正式の適応性は良好なものと確認できる。な
お、乱流に対する適応性も同様な結果を得てい
る。 以上説明したように、この発明翼車形流速計の
校正式を各種流体の定常流および乱れた流れに適
用できるように、新しい無次元量を定義し、校正
式に対する解析を行い、各種流体の物性値の変化
による影響や乱れた流れの影響を除去することに
よつて、自然のはげしい乱れた渦流を取扱う現場
試験に対する計測を高精度化出来る効果がある。
よつて、本発明の現場試験に対する適用法は、乱
流測定法３に詳述したように上記の流速計とピト
ー管（または乱流特性の相異なる流速計２個）を
併用すると容易に乱流の流速ならびに流量を決定
することがでる。
第１図は翼車形流速計のRe〜μｏ曲線と双曲
線の関係図例を示す。第２図は小形ott流速計の
Re―μｏ曲線図例。第３図は、小形ott流速計の
概略説明例。同図中の記号は、 １……本体、２……支持棒、３……車軸、４…
…翼車、５……ボールベアリング、６……ベアリ
ング押え、７……ねじ込みプラグ、８……スプリ
ング、９……パルス発生器、１０……信号発生
器。 第４図は乱流の影響を受ける小形ott流速計の
Re―μｏ曲線図例。 第５図は広発電所てい形放水路および測定装置
の一部破断平面図、正面図および断面説明図の
例。同図に示してある記号はS.G.……固定枠、F.
……整流器、S.……探子救、M.M.……多管マノ
メーター、V.P.……真空ポンプ、B.……足場、V.
……流速、O.C.o……ttmeter、D.C.……デジタ
ルカウンター、P.……ピトー管、P.T.……圧力タ
ンク、SL.……スライダー、S.S.……球の支持
棒、P.S.……ピトー管の支持棒、O.C.S.ottの支
持棒。 第６図は広発電所放水路の測定断面の中心線上
での実測例。 第７図は、試作水用小形流速計の概略説明図
例。なお、同図中の記号１１は増幅器、１２はデ
ジタルカウンター。 第８図は、試作流速計のRe―μｏ曲線図例。
線の関係図例を示す。第２図は小形ott流速計の
Re―μｏ曲線図例。第３図は、小形ott流速計の
概略説明例。同図中の記号は、 １……本体、２……支持棒、３……車軸、４…
…翼車、５……ボールベアリング、６……ベアリ
ング押え、７……ねじ込みプラグ、８……スプリ
ング、９……パルス発生器、１０……信号発生
器。 第４図は乱流の影響を受ける小形ott流速計の
Re―μｏ曲線図例。 第５図は広発電所てい形放水路および測定装置
の一部破断平面図、正面図および断面説明図の
例。同図に示してある記号はS.G.……固定枠、F.
……整流器、S.……探子救、M.M.……多管マノ
メーター、V.P.……真空ポンプ、B.……足場、V.
……流速、O.C.o……ttmeter、D.C.……デジタ
ルカウンター、P.……ピトー管、P.T.……圧力タ
ンク、SL.……スライダー、S.S.……球の支持
棒、P.S.……ピトー管の支持棒、O.C.S.ottの支
持棒。 第６図は広発電所放水路の測定断面の中心線上
での実測例。 第７図は、試作水用小形流速計の概略説明図
例。なお、同図中の記号１１は増幅器、１２はデ
ジタルカウンター。 第８図は、試作流速計のRe―μｏ曲線図例。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 次式 ｕ0T＝u0〔１−ψ（Ｔ．Ｆ．−１）〓／Ｒｅ−（Ｒｅ
）ＳＴ〕 〔但し u0＝翼端の周速／流速、ｕ0T＝乱れの影響を受
けるu0の値、T.F.＝流れの乱れ度、Re＝翼車の
レイノルズ数、（Re）ST＝乱れた流れにおける翼
車の始動レイノルズ数、φ＝実験定数、ψ＝実験
定数、〕 により、乱れ度の異なる乱れた流れがそれぞれ翼
車形流速計の指示流速に及ぼす影響度を除去する
ことを特徴とする翼車形流速計による乱流測定
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP491280A JPS56101560A (en) | 1980-01-19 | 1980-01-19 | Turbulent flow measuring method by means of blade wheel current meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP491280A JPS56101560A (en) | 1980-01-19 | 1980-01-19 | Turbulent flow measuring method by means of blade wheel current meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56101560A JPS56101560A (en) | 1981-08-14 |
| JPS621221B2 true JPS621221B2 (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=11596843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP491280A Granted JPS56101560A (en) | 1980-01-19 | 1980-01-19 | Turbulent flow measuring method by means of blade wheel current meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56101560A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0242112U (ja) * | 1988-09-16 | 1990-03-23 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54781B2 (ja) * | 1972-08-30 | 1979-01-16 |
-
1980
- 1980-01-19 JP JP491280A patent/JPS56101560A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0242112U (ja) * | 1988-09-16 | 1990-03-23 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56101560A (en) | 1981-08-14 |
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