微細気泡の表面吹き出しによる摩擦抵抗低減に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650139
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 庵原 昭夫 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (20091655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡部 英夫 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10006190) ; 島 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168)
• Keywords: 気泡 / 境界層 / 後流 / 混相流 / 遷移 / 乱流 / 流体関連振動 / 流体力

Research Abstract

従来報告されている「水流中に置かれた物体の乱流境界層中に微細な気泡を吹き込むと、乱流摩擦抵抗が著しく減少する」という『微細気泡による摩擦抵抗低減効果』を、工学的に利用するための基礎的な資料を得ることを目的として、前縁近くに気泡吹き出し部を持つ厚み比の異なる2種の楕円体と円柱を供試物体とし、それらに作用する流体力、特に抗力と変動揚力に及ぼす微細気泡の表面吹き出しの影響を実験的ならびに理論的に研究した。
得られた結果を要約すれば、下記の通りである。
1.楕円体の場合
(1)気泡を吹き出すと、期待に反して抗力が増大し、空気量の増大と共に単調に増大した。
(2)抗力増大の一因は、速度零で物体表面に吹き出された気泡を加速するのに要する流体力が、反力として物体に作用するためであるということを、計測した気泡径に基づいた理論計算によって明かにした。
(3)従って、気泡吹き出し部と摩擦抵抗計測部が分離されていて、気泡吹き出し部の影響が含まれていない従来の微細気泡による表面摩擦抵抗低減効果は、限定された条件でのみ有効であることがいえる。
(4)微少量の気泡の吹き出しは、揚力の変動を抑制し、揚力変動の実効値を低下させた。しかしながら本研究の場合、その効果は測定系の固有振動と密接に関連していたので、普遍性を引き出すにはなお検討が必要である。
2.円柱の場合
遷移領域において気泡による境界層遷移の促進が行なわれ、抗力が低下した。しかしながら、抗力が低下した後、あるいは超臨界流領域では、楕円体の場合と同じく、気泡吹き出しによって抗力が増大した。

Research Products

• [Publications] A.Ihara,H.Watanabe,and H.Hashimoto: "Hydraulic Forces Acting on a Circular Cylinder with Surface Source of Minute Air Bubbles and Its Cavitation Characteristics" ASME,Journal of Fluids Engineering.