あやしい水槽

海水魚 サンゴ 海藻  あやしい記事とピンボケ写真.そして誤字脱字...

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07月の記事一覧

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水槽と照明 その7 事例:TAKAさん編(4) 

反射鏡付きの状態で,蛍光灯の高さを水面から15cmに設置
した場合の解析結果です.

解析モデル


光線追跡の二次元図
H150Wref_2Dmodel_front.jpg
H150Wref_2Dmodel_side.jpg

強度分布のマッピング
H150Wref_3Dmodel_map180.jpg
今回も強度スケールは蛍光灯高さ10cm,反射鏡付きの結果に合わせてあります.
蛍光灯高さ10cm,反射鏡付きの結果と比べると,5cmの高さの影響は思った以上に
大きいことが分かります.


以下,強度分布.
水面上10cm(蛍光管から24mm:反射鏡の下側)
H150Wref_map24mm.jpg
ピーク放射照度:167W/m^2
全放射束: 74.0
W




水深1cm(蛍光管から16cm)
H150Wref_map160mm.jpg
ピーク放射照度:142W/m^2
全放射束: 54.8W




水深10cm(蛍光管から25cm)
H150Wref_map250mm.jpg
ピーク放射照度:129W/m^2
全放射束: 52.3W




水深20cm(蛍光管から35cm)
H150Wref_map350mm.jpg
ピーク放射照度:119W/m^2
全放射束: 50.3W




水深30cm(蛍光管から45cm)
H150Wref_map450mm.jpg
ピーク放射照度:112W/m^2
全放射束: 48.5W




水深40cm(蛍光管から55cm)
H150Wref_map550mm.jpg
ピーク放射照度:104W/m^2
全放射束: 46.7W




水深50cm(蛍光管から65cm:水槽の底)
H150Wref_map650mm.jpg
ピーク放射照度:99.2W/m^2
全放射束: 45.1W

各深度でのピーク放射照度と全照射束について,蛍光灯設置高さ10cmと15cmと
変えて比較をした結果です.

   ピーク放射照度   全放射束
      (W/m^2)      (W)
深度  10cm/15cm   10cm/15cm
 1cm: 156 / 142   60.5 / 54.8
10cm: 145 / 129   59.0 / 52.3
20cm: 134 / 119   58.1 / 50.3
30cm: 127 / 112   57.3 / 48.5
40cm: 122 / 104   56.4 / 46.7
50cm: 117 / 99.2   55.6 / 45.1
※反射鏡付き

以上,まとまりがありませんがお終いです.

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水槽と照明 その7 事例:TAKAさん編(3) 

今回は反射鏡を取り外した状態で,蛍光灯の高さを10cmから15cmにしました.
たった5cmの違いですが,一般的に光強度は距離の2乗に反比例します.

いつものようにモデル


二次元の光線追跡
H150WOref_2Dmodel_front.jpg
H150WOref_2Dmodel_side.jpg

強度分布をマッピングすると,H150WOref_3Dmodel_map.jpg
今回も強度スケールは蛍光灯高さ10cm,反射鏡付きの結果に合わせてあります.
さらに弱々しくなりました.



以下,強度分布.
水面上10cm(蛍光管から24mm:反射鏡の下側)
H150WOref_map24mm.jpg
ピーク放射照度:83.8W/m^2
全放射束: 34.0W




水深1cm(蛍光管から16cm)
H150WOref_map160mm.jpg
ピーク放射照度:46.0W/m^2
全放射束: 17.9W




水深10cm(蛍光管から25cm)
H150WOref_map250mm.jpg
ピーク放射照度:50.6W/m^2
全放射束: 16.9W




水深20cm(蛍光管から35cm)
H150WOref_map350mm.jpg
ピーク放射照度:4.56W/m^2
全放射束: 16.3W




水深30cm(蛍光管から45cm)
H150WOref_map450mm.jpg
ピーク放射照度:39.4W/m^2
全放射束: 15.7W




水深40cm(蛍光管から55cm)
H150WOref_map550mm.jpg
ピーク放射照度:34.9W/m^2
全放射束: 15.2W




水深50cm(蛍光管から65cm:水槽の底)
H150WOref_map648mm.jpg
ピーク放射照度:3.21W/m^2
全放射束: 14.6W

水槽底まで到達する放射束(光エネルギー)は14.6Wで
利用効率は18%程度まで低下しました.


次は蛍光灯高さ15cmで反射鏡有りのデータです.

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水槽と照明 その7 事例:TAKAさん編(2) 

蛍光灯の高さを水面から10cmに保ったまま,反射鏡を取り外した状態です.


二次元の光線追跡
Takasan_2DfrontH100WORefs.jpg
Takasan_2DsideH100WORefs.jpg
多くの光線が水槽に向かわずに空間へ飛び出しています.

強度分布をマッピングすると,
Takasan_3DmapH100WORefs.jpg
強度スケールは前回の反射鏡付きの結果に合わせてあります.


以下,強度分布.
水面上10cm(蛍光管から24mm:反射鏡の下側)
Takasan_map24mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:84.3W/m^2
全放射束: 34.2W




水深1cm(蛍光管から11cm)
Takasan_map110mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:54.0W/m^2
全放射束: 21.6W




水深10cm(蛍光管から20cm)
Takasan_map200mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:56.9W/m^2
全放射束: 20.9W




水深20cm(蛍光管から30cm)
Takasan_map300mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:54.7W/m^2
全放射束: 20.5W




水深30cm(蛍光管から40cm)
Takasan_map400mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:48.8W/m^2
全放射束: 20.2W




水深40cm(蛍光管から50cm)
Takasan_map500mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:42.7W/m^2
全放射束: 19.9W




水深50cm(蛍光管から60cm:水槽の底)
Takasan_map598mm_H100WORefs.jpg
ピーク放射照度:43.0W/m^2
全放射束: 19.6W


反射鏡を外すと,当然ですが劇的に強度が下がります.
水槽底まで到達する放射束(光エネルギー)は19.6Wで
25%程です.

次は蛍光灯の高さを15cmにしてみます.

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水槽と照明 その7 事例:TAKAさん編(1) 

大変お待たせしました(^^; >TAKAさん
ようやく出来ました.といってもまだ1条件だけですが・・・.

というわけで,US在住のアクアリストTAKAさんの照明解析を行ってみました.
水槽と照明の仕様ですが,
 水槽
  サイズ:120×45×53cm^3 海水の高さは51cm
  ガラス厚11mm
 灯具
  54W T5蛍光管 8本 各管に高性能反射鏡付き
光エネルギーは「えいや」で10W/本としました.
  ゆえに変換効率は18.5%.
 詳細な形状は前の記事を参照ください.

シミュレーションするにあたりもろもろ,
 屈折率
  海水:1.333
  ガラス:1.52(BK7のデータを使いました)
 海水の吸収
  波長 550nmの複素屈折率
 反射鏡の反射率
  95% 放物面(2次関数)で定義
 
比較するパラメータ
 (1)灯具の高さを 10cmと15cm
  灯具高さは蛍光管の中心を基準としました.
 (2)反射鏡の有無

とこんな感じです.

今回のデータは, 
 灯具高さ:10cm,反射鏡:有

先ず,解析に用いたモデルです.


次に光線追跡結果の二次元図
正面
Takasan_2DfrontH100WRef.jpg
側面
Takasan_2DsideH100WRef.jpg
蛍光管が8本もあるので,蛍光管1本あたり光線30本でみっちりです.
各管に反射鏡が付いていて,その形状もアクア機器らしくない
まともな形状をしているため,光が無駄なく水槽を照射しています.

モデルに強度分布をマッピングした図です.
Takasan_3DmapH100WRef.jpg
強度分布のスケールは統一してあります.
水槽上面を埋め尽くすように配置された蛍光灯のおかげで,特に深い所では
照明ムラがほとんどありません.

各深度での強度分布です.
こちらはスケールを統一しておらず,マップ内の最高強度を赤として
表示しています.

水面上10cm(蛍光管から24mm:反射鏡の下側)
Takasan_map24mm_H100WRef.jpg
ピーク放射照度:167W/m^2
全放射束: 74.4W



水深1cm(蛍光管から11cm)
Takasan_map110mm_H100WRef.jpg
ピーク放射照度:156W/m^2
全放射束: 60.5W



水深10cm(蛍光管から20cm)
Takasan_map200mm_H100WRef.jpg
ピーク放射照度:145W/m^2
全放射束: 59.0W



水深20cm(蛍光管から30cm)
Takasan_map300mm_H100WRef.jpg
ピーク放射照度:134W/m^2
全放射束: 58.1W



水深30cm(蛍光管から40cm)
Takasan_map400mm_H100WRef.jpg
ピーク放射照度:127W/m^2
全放射束: 57.3W



水深40cm(蛍光管から50cm)
Takasan_map500mm_H100WRef.jpg
ピーク放射照度:122W/m^2
全放射束: 56.4W


水深50cm(蛍光管から60cm)
Takasan_map598mm_H100WRef2.jpg
ピーク放射照度:117W/m^2
全放射束: 55.6W




水槽底までなんと55.6Wも到達していて,利用効率は55.6W/80Wで
70%近くあります.
海水の吸収や水面の揺らぎなど考慮しても多分50%以上はあるでしょう.
これは高性能な反射鏡形状によるものだと思われます.

T5蛍光管も,水槽上面の限られた面積の中で多数設置できるといった,
管径が細いというメリットが水槽環境では生かされていますね.

蛍光灯でもこの本数を使うとかなりなエネルギーを得られています.
水深の浅いところでは150W/m^2位の放射照度(エネルギー密度)が得られています.
太陽光のスペクトルに近いものとして考えた場合には,
太陽の光の真夏の直射日光の放射照度は440W/m^2くらいあるそうですので,
太陽光の1/3位の放射照度があります.
また,この値は光量子束密度に換算すると680μmol・m^-2・s^-1程度になります.
光量子束密度とPARは同程度の数値になると思うので参考に出来るかと思います.
ただし,これらは光波長分布を太陽光の波長分布と同様とした話ですので,
水槽用に青みが強いものですと数値は小さくなります.


設置高さ15cmと反射鏡無しの場合については後の記事に続きます.
もうちょっとお待ちください.

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業務連絡 TAKAさんへ 

進捗.
DemoS.jpg
一回の計算に1時間くらいかかるので,もう少しお待ちください.

--------------------------

下図のようになりましたよ.
これでモデルを作りたいと思います.
2,3日お待ちください.
TakasannSuisou.jpg
ちと,気になった点
1,半円形状は寸法的に成り立たないので,放物面形状にしました.
2,放物面としても反射鏡のふちの立ち上がり角が
  45~55°ではなく 80°くらいになってしまう.


--------------------------

何度もすいません
図のとおりにすると蛍光管が反射板からはみだしてしまいます(^^
Takaさん水槽d


--------------------------

AからFの寸法を教えてください.

Takaさん水槽a

この記事は用がすみ次第,消去します.

--------------------------
TAKAさん
頂いた情報から反射板の寸法を求めてみました.
これで合っていますか?
Takaさん水槽b

そして上の図を元に作成したモデルです.
Takaさん水槽_3Dmodel_100mm

修正点があれば教えてください.

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水槽と照明 その6 側面ガラスの反射光  

前回の記事で水の深さ毎の光の強度分布を算出したところ,
深くなった場合に水槽の中央部より側面側の強度が高くなることが判りました.
その要因として,ガラス面からの反射光が重畳されているのではないかと
考えたわけです.その検証をするためにガラス面で光を吸収するモデルに
して,水深毎の強度分布を再計算してみました.

ガラス面を吸収体に置き換えた事以外は同じモデルです.

3Dのモデルに強度分布をマッピングしてみました.
これは前回の記事と同様のガラス面の反射を考慮した結果です.
各深さの強度スケールをあわせたので,前回の結果と色の分布が異なってみえます.
60wide強度分布_3D_refs

次にガラス面で吸収させた結果です.
60wide強度分布_3D_absorbs


以下,このガラス面で吸収させた結果の深さ毎の強度分布です.
上の3Dの強度分布とは異なった結果に見えますが,これは強度のスケールを
合わせていないためです.

水深 1cm(蛍光灯から11cm)
60wide強度分布_1cms
ピーク放射照度:46.9W/m^2
全放射束:5.12W



水深 10cm(蛍光灯から20cm)
60wide強度分布_10cms
ピーク放射照度:33.8W/m^2
全放射束:4.28W



水深 20cm(蛍光灯から30cm)
60wide強度分布_20cms
ピーク放射照度:21.4W/m^2
全放射束:3.35W



水深 30cm(蛍光灯から40cm)
60wide強度分布_30cms
ピーク放射照度:14.0W/m^2
全放射束:2.58W



水深 42cm(蛍光灯から52cm) 水槽底です
60wide強度分布_40cms
ピーク放射照度:9.17W/m^2
全放射束:1.88W

といった結果になりました.
右側のチャートは,単位面積あたりの光エネルギー(W)を示しています.
単位は mW/m^2 になってしまってます.前回はW/m^2でした.

側面ガラスからの反射光が無い状態では,水槽中央の強度が明るくなっています.
その反面,全放射束は小さくなっています.
ガラス面からの反射光の影響が一目で確認できますね.
集光性の高い灯具の場合には,この結果に近い分布特性になると思われます.

それぞれの深さでピーク放射照度と全放射束を比較してみます.
左側の数値はガラス面で反射,右側は反射なし(全吸収)です.

水深 : ピーク放射照度 :   全放射束
(cm)   (w/m^2)            (W)    
  1 :  46.9 → 46.9    5.14 → 5.12
 10 :  34.2 → 33.8    4.97 → 4.28
 20 :  24.1 → 21.4    4.86 → 3.35
 30 :  22.6 → 14.0    4.78 → 2.58
 40 :  22.4 → 9.17    4.69 → 1.88

このようにガラス面での反射が無くなると,ピーク放射強度も全放射束とも
減少しています.このとこから,ガラス面でかなりの光が反射されていたことが
理解できます.
これではガラスのコケに積極的に光を照射して光合成をさせている
ようなものですね.

蛍光灯のような配光特性が広い灯具では,このようなガラス面で
全反射する光が影響して,サイドの強度が強くなる,といった
面白い現象が起きていたことが判りました.



側面ガラスで生じる全反射についてはこの記事を参照ください.

前回の記事の補遺です.
光線追跡の2次元の図で,3本の蛍光灯から発する光線の色を変えて
表示をしていましたが,紛らわしいので同色にして再度光線追跡を
した結果です.
今回は蛍光灯1本あたり100の光線をランダムな方向に飛ばしています.
光線の振る舞いがイメージできると思います.

60wide光線追跡_2Da


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水槽と照明 その1 海水の光の吸収
水槽と照明 その2 光線追跡
水槽と照明 その3 ガラス蓋と光損失
水槽と照明 その4 メタハラの特性
水槽と照明 その5 蛍光灯照明のモデリング

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水槽と照明 その5 蛍光灯照明のモデリング 

このところ色々アクシデントがあって,このシリーズは前回の記事から
かなり時間が空いてしまいましたが,しつこく続けますよ.

最近,学生の頃から愛用していた光学系のシミュレーションツールから
他のツールに乗り換えようとしているのですが,練習として蛍光灯の
モデルを作って遊んでみました.

作ったモデルはこれ.

今も使っている,ニッソーのリアルインバーターライト600です.
18WのFL20S管を3本搭載してます.
水槽は60のワイドにしてみました.なのでサイズは60×45×45cm^3
蛍光灯の設置高さは,蛍光灯の中心が水面より10cmになるようにしています.
照明器具の寸法は実物を測定してモデル化してあります.
反射板の材質はオリジナルでは鉄板を白色に塗装したものですが,
うちでは高輝度アルミ板を切って貼り付けてあります.
バルクのアルミの反射率は可視光域では95%ほどですが,
めんどくさかったので,モデルでは100%として計算しました.

水は海水として屈折率は1.33,水深は42cmとしました.
今回は海水での光の吸収は考慮していません.

まず光線を飛ばしてみます.
Model_60wide2.jpg
1本の蛍光灯から光線をランダムに70本飛ばした結果です.

3Dでは分かりにくいので,2Dにして正面と側面からみた様子です.
Model_60wide_ray.jpg

これまでの記事で実施した手計算どおり,ガラス側面での反射がかなりあります.
また,水面に浅い角度(入射角度が大)の時に,水中へは伝播せずに
反射されることも分かります.

次に各水深での光の強度分布を計算してみました.
20W型のFL20S蛍光灯(ただしリアルインバータライトは18W)の
発光エネルギーは1本あたり3Wとしました.
蛍光灯の20Wというのは投入電力のことで,簡単に説明するとAC100Vを繋ぐと
電力として20Wを消費すると言うことです.
ややこしいですが,電力20Wのうち,蛍光灯を点灯させるための電気回路で
4~6Wくらい消費します.その残り約15Wうち光エネルギーに変換されるのは
モノにもよりますが20%程度.
よって蛍光灯から発せられる光エネルギーは2~3Wです.

この3W3本(計9W)から得られる強度分布は下記のようになります.
図の縦方向が60cmの辺にあたります.

水深 1cm(蛍光灯から11cm)
Model_60wide_depth110mm.jpg
ピーク放射照度:46.9W/m^2
全放射束:5.14W



水深 10cm(蛍光灯から20cm)
Model_60wide_depth200mm.jpg
ピーク放射照度:34.2W/m^2
全放射束:4.97W



水深 20cm(蛍光灯から30cm)
Model_60wide_depth300mm.jpg
ピーク放射照度:24.1W/m^2
全放射束:4.86W



水深 30cm(蛍光灯から40cm)
Model_60wide_depth400amm.jpg
ピーク放射照度:22.6W/m^2
全放射束:4.78W



水深 42cm(蛍光灯から52cm) 水槽底です
Model_60wide_depth520mm.jpg
ピーク放射照度:22.4W/m^2
全放射束:4.69W


右側のチャートは,単位面積あたりの光エネルギー(W)を示しています.
単位は 1×10^1W/m^2 です.
赤色が照度が高くて,青色が低いとこを示しています.

水深が浅いうちは中央部の照度が高く,深くなると均一化する様子が
分かります.
面白いのは,水深が深くなると中央部よりサイド(45cmの辺)部の
ほうが照度が高くなることです.また水槽の前と後ろのサイドでは
60cmの辺の中央部で照度が低くなっています.
60ワイド水槽にこの照明器具では,能力が不足しているのでしょうね.

光エネルギー9Wのうち,水槽の底まで届いたのは4.69Wで,
効率は52%でした.意外とロスしています.
実際には反射板の反射率はもっと悪いと容易に想像できますし,
水面も波立っているので,更にロスが大きくなると思われます.
全てを考慮すると効率は40%位になるかもしれませんね.



と,こんな感じで面白い結果が得られましたので,
今度はメタハラでもやってみようと思います.

反射板の形状と蛍光灯の位置関係が分かれば簡単にモデルが
作れるので,皆さんの照明器具も解析しますよ.
メタハラ,LEDも可能です.


※解析はノンシーケンシャルモデルで実施して,照度解析には
モンテカルロ解析法を用いました.


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タンクメイト(7)レモンピールの幼魚 

励ましのコメント頂きありがとうございます.
気を取り直して,我が家に迎えて2週間ほど経過したレモンピールを紹介します.
IMG_0294.jpg
人気を感じると,まだ隠れてしまいます.
昔こんなお化粧がはやっていましたね(^^

サイズは2cmちょいくらいでしょうか.
幼魚斑つきのこのサイズをシーズンが来るまで待っていました.

6月から8月くらいの間,このくらいのサイズが入荷するようです.
購入先はNチュラル.産地はマーシャルとのことです.
レモンピールの産地は他にフィジーやクリスマスもあるようですね.
クリスマス産はめったに入荷しないようです.また顔つきもキツイ感じで,
愛嬌はありませんので,私はこのマーシャル産がお気に入りです.

レモンピールを飼うのは実は2回目です.初代も同様のサイズでした.
D1000036.jpg
まともな写真がのこっていません(^^;

幼魚斑ですが,この初代は導入後1ヶ月くらいで小さくなり始め,
DSCF2894.jpg
↑写真は2ヶ月経過したくらいですが,このくらいで消えかかっています.
この初代は,残念ながら飛び出しで逝ってしまいました.

ショップでは,5cmくらいに成長しても幼魚斑がのこっている個体もよく見かけます.
自然界では,生き残るために長い期間幼魚斑をつけて置く必要があるのかもしれませんね.
幼魚斑は,目に似た模様に見せ掛け,他の魚から目を守るために付いている,
と何かで読んだことがあります.

この写真は2代目
IMG_0325.jpg
解像度を落としすぎですね.
現在はサテライトに入れてます.サイズも小さいので丁度いい感じです.
まだペラペラで光が透けるほどです.

餌は,初日からバクバク食べてます.
今はまだメディフィッシュをフルイにかけた粉末サイズを与えています.

このメディフィッシュですが,うちでは餌付けによく使います.
本来,海水魚用ではないですが,良い餌だと思っています.

それにしても,写真がひどすぎですね(^^;

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崩壊しました. 

壊滅です・・・


スミレヤッコ, スターリードラゴネット, マンジュウイシモチ3匹
逝ってしまいました.

原因は硫化水素だと思います.

IMG_1014.jpg

魚を捕獲する際にライブロックを取り出したことが引き金になったか,
ランドールが巣穴を掘るエリアを大きく広げて,写真中央のライブロックが陥没してます.
直接の原因は上記だと思いますが,水温が上がったことで,バクテリアにもダメージが
あったのでしょう.酸欠気味にもなっていたのかもしれません.

一度にこんなに多くの魚を死なせてしまい,しばらく立ち直れそうにありません.
届いた90cm水槽はそのまま倉庫にしまってしまいました.
この60規格水槽は畳むつもりでいます.
general *  TB: 0  *  CM: 14  * top △ 
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