作動流体の圧縮性を考慮したキャビテーション不安定現象の解析

• Project/Area Number: 17760141
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 堀口 祐憲 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (60314837)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2006: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: キャビテーション / インデューサ / 圧縮性 / 旋回キャビテーション / 翼列 / 特異点法 / キャビテーションサージ

Research Abstract

ロケット用ターボポンプインデューサに生じるキャビテーション不安定現象に対する流体の圧縮性の効果を調べることを目的として、作動流体の圧縮性を考慮した、2次元平板翼列に生じるキャビテーションの有限ピッチ解析モデルの構築に取り組んできた。
西山らが提案した、圧縮性流れに対する亜音速吹き出しとy軸正方向に軸を有する圧力二重吹き出しを用いて2次元平板翼列回りの定常流れ解析を行った結果、マッハ数が大きくなると、各翼のキャビティが長くなることが判明した。マッハ数の増加に伴うキャビティ長の増加は局所キャビテーション数の低下に起因することがわかった。
次に、微小じょう乱を仮定して、翼列回りの圧縮性流れの安定性解析を行った。旋回キャビテーションに相当する変動に対する解析により、マッハ数が増加すると旋回キャビテーションが発生するキャビテーション数の範囲が増加することがわかった。これはマッハ数の増加に伴い、キャビティ長が増加することに起因していると考えられる。以上の結果は、2006年9月に開催された日本機械学会2006年度年次大会(講演論文集、2巻、06-1号、203-204頁)で発表された。
また、本安定性解析により、非圧縮性流れに対する解析では得られなかった変動モードが得られた。マッハ数が0.3の場合には、キャビテイがほとんどない高キャビテーション数の領域で、そのストローハル数が、気柱振動の2倍振動のストローハル数に近い値で一定になることがわかった。