流れの可視化

流体力学における流れの可視化または流れの視覚化は、流れのパターンを可視化して、それらに関する定性的または定量的な情報を取得するために 使用されます。

流れの可視化は、流れのパターンを可視化する技術です。ほとんどの流体（空気、水など）は透明なので、可視化する方法がなければ、流れのパターンは肉眼では見えません。

歴史的には、このような方法には実験的方法が含まれていました。コンピュータ モデルとCFDによる流れのプロセス (新車内の空調空気の分布など) のシミュレーションの開発により、純粋に計算的な方法が開発されました。

実験流体力学では、流れは次の 3 つの方法で視覚化されます。

• 表面流れの可視化: 固体表面に近づくにつれて、流れの流線が極限まで明らかになります。風洞模型の表面に塗布された色付きのオイルがその一例です (オイルは表面のせん断応力に反応してパターンを形成します)。
• 粒子追跡法: 煙や微粒子などの粒子を流れに加えることで、流体の動きを追跡することができます。複雑な流体の流れパターンの一部を可視化するために、レーザー光線で粒子を照射することができます。粒子が流れの流線に忠実に従うと仮定すると、流れを可視化できるだけでなく、粒子画像速度測定法や粒子追跡速度測定法を使用して流れの速度を測定することもできます。流体の流れと密度が一致する粒子は、最も正確な可視化を示します。^[1]
• 光学的方法: 流れの中には、光学的屈折率の変化によってパターンが現れるものがあります。これらは、シャドウグラフ、シュリーレン写真法、干渉法と呼ばれる光学的方法によって視覚化されます。より直接的には、染料を（通常は液体の）流れに加えて濃度を測定することができます。通常は、光減衰法またはレーザー誘起蛍光法が使用されます。

科学的視覚化では、フローは次の 2 つの主な方法で視覚化されます。

• 与えられた流れを分析し、流線、流脈線、経路線などの特性を示す解析手法。流れは有限表現または滑らかな関数として与えることができます。
• テクスチャ移流法は、流れに応じてテクスチャ (または画像) を「曲げる」方法です。画像は常に有限であるため (流れは滑らかな関数として与えられる)、これらの方法では実際の流れの近似値を視覚化します。

計算流体力学では、支配方程式の数値解により、空間と時間におけるすべての流体特性が得られます。この膨大な量の情報は、意味のある形式で表示する必要があります。したがって、流れの可視化は、計算流体力学でも実験流体力学でも同様に重要です。

• Merzkirch, W. (1987).流れの可視化. ニューヨーク: Academic Press. ISBN 0-12-491351-2。
• ヴァン・ダイク、M. (1982)。流動的な動きのアルバム。スタンフォード、カリフォルニア州：パラボリック・プレス。ISBN 0-915760-03-7。
• Samimy, M.; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004)。流体運動のギャラリー。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-521-82773-6。
• 和解、GS (2001)。シュリーレン技術とシャドウグラフ技術: 透明な媒体における現象の視覚化。ベルリン: Springer-Verlag。ISBN 3-540-66155-7。
• Smits, AJ; Lim, TT (2000)。流れの可視化: テクニックと例。インペリアル・カレッジ・プレス。ISBN 1-86094-193-1。

ウィキメディア・コモンズには、フロー可視化に関連するメディアがあります。

• 流れの可視化技術。
• フロー可​​視化アルゴリズム。
• フロー可​​視化の例のギャラリー。
• 教育用粒子画像流速測定法 (e-PIV) - リソースとデモンストレーション