| Project/Area Number |
22K03911
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
Egashira Ryu 福岡工業大学, 工学部, 教授 (60455102)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | キャビテーション / 初生 / 非平衡蒸発 / 並進運動 / Blakeの閾値 / キャビテーション初生 / 気泡 / 管内流れ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，高速の乱流水中で気泡核が水とは異なる速度で並進運動をしながら気泡壁面で非平衡蒸発が発生している状況で，気泡核がキャビテーション初生に至る機構と条件を理論・実験の両面から解明することを目的としている．理論では，乱流場で単一あるいは複数の気泡核の並進運動をラグランジュ的に追跡し，気泡力学のReyleigh-Plesset方程式（気泡成長の式）に多原子分子としての水-水蒸気系に対する気液境界条件に基づく非平衡蒸発速度の効果を組み入れる．並進運動は，直円管内の一次元層流，テーパ状の円管（拡大管あるいは縮小管）内の準一次元層流，さらに三次元乱流へと，順次，実際の流れに近づける．
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| Outline of Final Research Achievements |
In a situation where non-equilibrium evaporation occurs on the bubble wall while the bubble nucleus moves with water flowing at a high speed in the throat of a cavitation tunnel and translational motion of the bubble nucleus at a velocity different from that of the water, the theory was constructed by considering non-equilibrium evaporation on the bubble wall and relative velocity due to translational motion of water and bubble nucleus. Numerical and theoretical analyses were performed. As a result, it was numerically demonstrated that there exists a threshold value for the initial bubble radius such that the bubble diameter rebounds below a certain initial bubble radius and expands rapidly above a certain initial bubble radius, and this was compared with Blake's threshold theory to demonstrate its validity. Furthermore, the effects of the relative velocity of water and bubbles and non-equilibrium evaporation on the bubble growth were clarified.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
キャビテーションは実験的にも理論的にも１世紀以上前から今日まで国内外で盛んに研究されてきた．しかしながら，実験的にはナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーの気泡核あるいはその近傍の流れ場の詳細を測定することは困難を極める．また，理論においても，キャビテーションでは気液界面における蒸発・凝縮が非平衡現象であるにもかかわらず，従来は気液平衡現象として扱われてきた．このような状況の中，本研究は，高速の水流中で生じる初生の解析に，気液界面での蒸発・凝縮を非平衡現象として扱う最新の理論を適用し，単一の気泡核が１本の流線上を運動する場合については十分な数値的予測が可能となった．
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