液滴の高速衝突による空洞発生とミクロ衝撃破壊の解明

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01420022
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 島 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨田 幸雄 東北大学流体科学研究所, 助手 (00006199) ; 高山 和喜 東北大学流体科学研究所, 教授 (40006193) ; 小林 陵二 東北大学, 工学部, 教授 (70006170) ; 前川 一郎 東北大学, 工学部, 教授 (70018464)
• Keywords: 液滴 / パルスジェット / キャビテ-ション気泡 / 衝撃波 / ミクロ衝撃破壊 / 損傷ピット / ガス銃 / 高速度撮影

Research Abstract

前年度から今年度にかけて準備・確立を進めてきた単段式ガス銃並びに飛しょう体速度計測システムを活用して本格的な実験を開始した。すなわち,微小液塊の高速飛しょうによる液滴群の生成とその材料表面への高速衝突過程に関する光学観察並びにその結果タ-ゲット(アルミニウム)に生じる損傷面の観察を行った。この実験は,いわばパルスウォ-タ-ジェットの範ちゅうに属し,ジェットの進行に伴う気液界面の不安定によって形成,分散される液滴の衝突が壁面損傷に及ぼす影響を明らかにすることが目的となっている。重量1.15gのプラスチック製サボの上部の溝にトラップされて運ばれる約70mgの蒸留水はサボストッパ-で分離して,水塊のみがストッパ-中央の細隙を通って慣性力のため真空状態にある試料室内を距離365mm走ってタ-ゲットに衝突した。イメコン超高速度カメラによる光学観察から,衝突直前のこの液塊の飛しょう形状はサボ飛しょう速度に依存しており,低速ほど先端が細い三角形状であり,さらに高速では先端形状が次第に平らになることが明らかになった。損傷ピットはもちろん高速の場合ほど多数存在し,低速ではまばらであること,またピットの平均深さにも明確な速度依存性が認められたが,一方,損傷面積それ自体は実験の範囲内(600〜900m/s)ではほとんど変化のないことが分った。さらに,水に真ちゅう粉を混合した場合の壁面損傷状況はアブレシブジェットによる研削能力の著しい増大を示唆する激しいかい食模様であった。以上の結果は,本年7月に開催される第7回ウォ-タ-ジェット研究発表講演会にて発表予定である。

Research Products

• [Publications] Y.Tomita: "HighーSpeed Photographic Observations of Laser Induced Cavitation Bubbles in Water" Acustica. 71. 161-171 (1990)
• [Publications] Y.Tomita: "Dynamic Behavior of TwoーLaserーInduced Bubbles in Water" Appl.Phys.Lett.57. 234-236 (1990)
• [Publications] Y.Tomita: "The Behavior of a LaserーProduced Bubble Near a Rigid Wall with Various Configurations" To be presented at the first ASMEーJSME Joint Conference on Fluids Engineering,Portland.(1991)
• [Publications] 冨田 幸雄: "自由表面近傍での気泡運動に関する研究" 日本機械学会論文集. (1991)
• [Publications] Y.Tomita: "Secondary Cavitation due to Interaction of a Collapsing Bubble with a Rising Free Surface" Appl.Phys.Lett.(1991)
• [Publications] 冨田 幸雄: "ガス銃によるパルスウォ-タ-ジェットの高速衝突と壁面損傷" 第7回ウォ-タ-ジェット学会講演会. (1991)