キャビテーション壊蝕の機構とその予測法の研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07044124
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 加藤 洋治 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00010695)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): DOREY J.ーM フランス電力(株)研究部機械工学部門, 研究員 ; LECFFRE Y イレク, コンサルタンツ社, 主席研究員 ; WOILLEZ J. アルストーム社, グルノーブル研究教育センター, 主任研究員 ; LAVIGNE S アルストーム社, グルノーブル研究教育センター, 研究員 ; REBOUD J.ーL グルノーブル流体機械研究センター, 研究員 ; FRANC J.ーP グルノーブル機械研究所, 研究員 ; MICHEL J.ーM グルノーブル機械研究所, 主任研究員 ; 藤川 重雄 富山県立大学, 工学部, 助教授 (70111937) ; 服部 修次 福井大学, 工学部, 助教授 (00143933) ; 岩井 善郎 福井大学, 工学部, 教授 (40115291) ; 祖山 均 東北大学, 工学部, 助教授 (90211995) ; 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652) ; 山口 一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20166622) ; 松本 洋一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473)
• Keywords: キャビテーション / 壊食 / 気泡崩壊 / 衝撃力 / 計測法 / ピエゾ / マグネシア / 液体の物性

Research Abstract

本年度の実績の内、特筆すべきは担当者の一人である服部助教授が平成7年9月〜11月の間、フランス・グルノ-ブル機械研究所において共同実験を行いフランス側の分担者であるミシェル博士らが開発したキャビテーション壊食実験装置の壊食強さを福井大学の方法で計測・評価したことである。その結果、マグネシア単結晶の表面に生じる転位列の長さや断面上の深さを計測して気泡崩壊衝撃力を推定する方法(福井大学の方法)は極めて有効な衝撃力推定法であることが確認された。さらにミシェル博士らが開発した渦キャビテーションの崩壊を利用した実験装置は、現在世界中で多用されている振動子による実験装置に比べ、壊食能力が格段に大きいことが分かった。(最大150N程度)
また実用的な衝撃力センサーとしてピエゾセラミックセンサーを取り上げ、その特性,信頼性等について複数の研究機関で計測し、その結果を比較・検討した。また、小型で信頼性のすぐれたセンサーを試作した。このような新しいセンサーを開発する際、どのように校正するかが重要である。本共同研究では小さな鋼球をセンサー面に落下させる鋼球落下法と鉛筆のシンをセンサー面に押しつけ、シンが折れる時の力の変化を計測する方法を中心に検討した。両者の結果はほぼ一致し、このような校正法の有効性を確認した。
またキャビテーションの特性と気泡崩壊衝撃力の関係,キャビテーション騒音と壊食率の相関,波高解析と壊食率の相関,PVDFセンサーとプレスケールの相関等についても調査がおこなわれた。液体の特性のキャビテーション壊食に及ぼす影響についてポリマー水,含油水,エチレングリコル水溶液等を使って調べ、液体の密度,圧縮率,蒸気圧,表面張力,粘性等の物性値により、壊食量がどのように変化するかを考察した。

Research Products

• [Publications] 亀田正治、松本洋一郎: "気泡流中における衝撃波の伝播(第3報、気泡密度分布の影響)" 日本機械学会論文集B編. 61-584. 1238-1245 (1995)
• [Publications] 松本洋一郎: "微細気泡の計測-その手法とキャビテーション核計測への応用-" 油圧と空気圧. 26-6. 721-726 (1995)
• [Publications] 島浦直人、亀田正治、松本洋一郎、東野文雄: "気泡を含む液体中を伝播する衝撃波(気泡の分布変化による影響)" 日本機械学会第73期全国大会講演論文集(II). 95-10. 165-166 (1995)
• [Publications] 長谷川恭之、高木 周、松本洋一郎: "気泡の非球状崩壊に関する数値解析" 日本学術会議 キャビテーションに関するシンポジウム(第8回). 3-6 (1995)
• [Publications] Y.Yamauchi,H.Soyama,T.Ikohagi,R.Oba,and K.Sato: "Ambient Pressure Effects upon Impinging Erosion Resulted by High speed Submerged“Water-Jets"" Proceedings of the 4th Pacific Rim International Conference on Water Jet Technology. 20-22. 139-150 (1995)
• [Publications] H.Soyama,R.Oba,K.Uranishi,and H.Kato: "Vibrations and Noises Associated with Severe Cavitation Erosion Arisen in a High Specific-speed Centrifugal-Pump" Proceedings of International Symposium on Cavitation. 225-232 (1995)
• [Publications] H.Soyama,T.Ikohagi,and R.Oba: "Visualization of Vortex-and Cloud-Cavitation around a Submerged Water-Jet by Stereoscopic Stacking Display of Digital Images" Proceedings of Flow Visualization and Image Processing of Multiphase Systems,ASME. FED-209. 43-48 (1995)
• [Publications] 祖山 均、大場光太郎、井小萩利明,大場利三郎: "高壊食性渦キャビテーションの特異な挙動-気泡まわりの局所的速度分布-" ターボ機械. 23. 315-318 (1995)
• [Publications] 祖山 均、季 受人、外崎昌志、浦西和夫、加藤洋治、大場利三郎: "高比速度遠心ポンプに生じる激しい壊食挙動の振動とノイズによる解明" 日本機械学会論文集B編. 61-589. 3276-3281 (1995)
• [Publications] 藤川重雄: "衝撃波の反射領域・衝撃波管管端面での蒸気の膜状凝縮理論" 日本機械学会論文集B編. 61-582. 635-643 (1995)
• [Publications] T.Okada,Y.Iwai,S.Hattori,N.Tanimura: "Relation between impact load and the damage produced by cavitation bubble collapse" Wear. 184. 231-239 (1995)
• [Publications] 祖山 均 他: "高速水中噴流による顕著なピ-ニング効果(ステンレス鋼の残留応力改善)" 噴流工学. 12. 13-22 (1995)
• [Publications] 岡田庸敬、服部修次、中尾栄作: "Ni-Ti形状記憶合金のキャビテーション・エロ-ジョン特性" 日本機械学会第72期通常総会講演会講演論文集. 1253. 206-207 (1995)
• [Publications] 服部修次、岡田庸敬、前川紀英、鈴木茂昌: "セラミックスのスラリーエロ-ジョン" 日本材料学会第44期学術講演会講演論文集. 308. 81-82 (1995)
• [Publications] 森 啓之、柴田勝博、服部修次、岡田庸敬: "多層型制振材料におけるキャビテーション衝撃波の作用と耐エロ-ジョン性" 日本機械学会平成7年度材料力学部門講演会講演論文集. 1013. 255-256 (1995)
• [Publications] 岡田庸敬、服部修次、大矢一幸、森 啓之、牧野一郎: "オーステンパー球状黒鉛鋳鉄の耐キャビテーション壊食性" ターボ機械協会第35回ターボ機械協会山形講演会. 118-123 (1995)
• [Publications] S.Hattori: "Measurements and evaluation of bubble collapse impact loads" Seminaire Mechanique des Fluides de Grenoble. (1995)
• [Publications] S.Hattori: "Cavitation erosion of advanced materials" Seminaire Mechanique des Fluides de Grenoble. (1995)
• [Publications] 山内田章、祖山 均、浅海研吾、井小萩利明、佐藤一教、大場利三郎: "高速水中水噴流の壊食挙動に及ぼす周囲応力の顕著な影響" 日本機械学会論文集B編. 61-583. 785-792 (1995)
• [Publications] K.Sato,Y.Yamauchi,H.Soyama,T.Ikohagi,R.Oba,F.Manabe: "A New Peening Process by Means of Submerged Cavitating Water-Jets" Proc. 4th Pacific Rin Int. Conf. on Water Jet Technology. vol.I. 437-448 (1995)
• [Publications] 劉 樹軍、樋口二郎、井小萩利明、大場利三郎: "振動壊食試験におけるキャビテーション・ノイズの挙動(電場の顕著な影響)" 日本機械学会論文集B編. 61-590. 3650-3654 (1995)
• [Publications] T.Okada,S.Hattori,M.Shimizu: "A Fundamental Study of Cavitation Erosion Using a Magnesium Oxide Single Crystal" Wear. 186-187. 437-443 (1995)
• [Publications] 岡田庸敬、服部修次、河合良英: "Ti-6A1-4V合金の耐キャビテーション・エロ-ジョン性" 日本機械学会北陸信越支部第32期総会講演会講演論文集. 205. 49-50 (1995)
• [Publications] 岡田庸敬、服部修次、青山純士: "二相ステンレス鋼のキャビテーションエロ-ジョン性" 日本機械学会第72期通常総会講演会講演論文集. 1252. 204-205 (1995)
• [Publications] 森 啓之、岡田庸敬、服部修次、水島一寿: "キャビテーション気泡崩壊圧と壊食量に関する一考察" 日本学術会議キャビテーションに関するシンポジウム(第8回). 47-50 (1995)
• [Publications] 服部修次、河合良英、岡田庸敬: "チタン合金の耐キャビテーション壊食性" 日本学術会議キャビテーションに関するシンポジウム(第8回). 59-62 (1995)
• [Publications] 服部修次: "キャビテーション壊食の材料強度評価" 株式会社テクノシステムセミナー(キャビテーション発生における計測・評価と対策技術). III. (1995)
• [Publications] 服部修次: "キャビテーション気泡崩壊による衝撃力" セラミックス. 30. 660-663 (1995)
• [Publications] 藤川重雄、田原晴男、高杉信秀、石倉昌典、和田英典: "キャビテーション衝撃圧と壊食の相関に関する研究(衝撃圧計測用微小圧力計の試作、検定、応用)" 日本学術会議キャビテーションに関するシンポジウム(第8回). 45-46 (1995)
• [Publications] S.Fujikawa,M.Kotani,H.Sato: "Molecular Study on Phase Transition Phenomena of Fluid" Thermal Science and Engineering. Vol.3. 45-50 (1995)
• [Publications] R.F.-Patella,J.-L.Reboud: "A New Approach to Evaluate the Cavitation Erosion Power" International Symposium on Cavitation. 233-240 (1995)
• [Publications] S.Lavigne et al.: "Measurement of the Aggresivity of Erosive Cavitating Flows by a Technique of Pits Analysis" International Symopsium on Cavitation. 241-248 (1995)
• [Publications] Y.Lecoffre: "Cavitation Erosion,Hydrodynamic Scaling Laws,Practical Method of Long Term Damage Prediction" International Symposium on Cavitation. 249-256 (1995)
• [Publications] H.Kato: "Possivility of Quantitative Prediction of Cavitation Erosion Without Model Test" International Symposium on Cavitation. 289-296 (1995)
• [Publications] 山内田章 他: "高速水中水噴流における渦輪キャビテーションの形成過程" 日本機械学会論文集B編. 62-593. 72-78 (1996)