キャビテーション壊蝕の機構とその予測法の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07044124
• Research Institution: 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): RETAILLEAU A アルストーム社, グルノーブル研究教育センター ; DOREY J.ーM. フランス電力(株), 研究部機械工学部門, 研究員 ; LECOFFRE Y. イレク, コンサルタンツ社, 主任研究員 ; 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, 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 / 推定法 / ピット / 模型実験

Research Abstract

平成7,8年度の2ヶ年の研究期間の間、グルノ-ブルおよび仙台にて2回の国際ワークショップを開催した。さらに本研究組織の2人の日本側メンバーが、平成7年度と8年度にそれぞれ2ヶ月間、フランス側研究代表者であるMichel博士の所属するグルノ-ブル機械研究所に滞在し、共同研究を実施した。
共同研究においてはMichel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壊食実験装置を用いて、各種の衝撃力センサーの比較実験を行った。その結果、マグネシア単結晶の表面に生じる転位を計測する方法、日本で開発された2種のピエゾセラミックセンサーによる方法、およびフランスで使用されているPVDFセンサーはその計測値が互いに極めてよく一致し、これらの衝撃力センサーの精度と信頼性が確認された。これにより本研究の主要な目的の一つである「国際的な標準となり得るセンサーの開発」という目的は達せられた。
フランス側分担者の一人であるLecoffre氏が提案した模型実験から実機の壊食量を推定する方法はフランス国内のみならず、ヨーロッパ、カナダ等でも試みられ、その有用性が注目されて来ている。その概要は、次のようである。
まずキャビティの挙動はストローハル数により支配され、気泡崩壊にともなう衝撃力はウォーターハンマーと同じ取り扱いが出来るものとする。この仮定を使って、模型による壊食実験において発生する壊食ピットの数を計測し、寸法、流速、材料が異なる実機の場合を推定する。そして実機のピット発生率から壊食量を推定する。
その他にキャビテーション気泡崩壊による衝撃力の分布を計測し、それから壊食ピット発生率や最大壊食率を推定する方法や、模型実験を行わずに衝撃力分布を推定する方法も提案された。

Research Products

• [Publications] 金野祥久、加藤洋治、山口一、前田正二: "キャビテーション壊食量の推定法(第一報:気泡崩壊による衝撃圧スペクトル)" 日本造船学会論文集. 177. 81-89 (1995)
• [Publications] 川並康剛、加藤洋治、山口一、前田正二: "2次元翼のシート・キャビテーションまわりの流場構造" 日本造船学会論文集. 177. 67-80 (1995)
• [Publications] 谷村正治、多賀谷義典、加藤洋治、山口一、前田正二、川並康剛: "翼形のクラウドキャビテーションの発生機構とその制御" 日本造船学会論文集. 178. 41-50 (1995)
• [Publications] 島田正仁、小林 孝、松本洋一郎: "ディーゼルエンジン用燃焼噴射ポンプ内の衝撃波伝播解析" 自動車技術会春季大会講演論文集. 953. 302-304 (1995)
• [Publications] 高木 周、松本洋一郎、黄 華雄: "境界適合格子による単一上昇気泡の数値解析" 日本機械学会論文集B編. 61-586. 1976-1983 (1995)
• [Publications] 村井祐一、松本洋一郎: "自由表面を有する容器内の気泡プルームの数値解析" 日本機械学会論文集B編. 61-588. 2818-2825 (1995)
• [Publications] F.Takemura,Y.Matsumoto M.Tsubota and Y.Tomita: "Effects of the Internal Phenomena on Bubble Motion in Liquid Nitrogen" Cavitation and Multiphase Flow 1995. 210. 187-192 (1995)
• [Publications] M.Shimada,T.Kobayashi and Y.Matsumoto: "Numerical Analysis of the Flow in the Fuel Inlection Pump for Diesel Engine" Cavitation and Multiphase Flow 1995. 210. 111-114 (1995)
• [Publications] 島田正仁、小林 孝、松本洋一郎: "ディーゼルエンジン用燃焼噴射ポンプ内の衝撃波伝播解析(第2報)気泡分布が衝撃波伝播に与える影響" 自動車技術会春季大会講演論文集. 954. 253-256 (1995)
• [Publications] H.Kato,A.Konno,M.Maeda and H.Yamaguchi: "Possibility of Quantitative Prediction of Cavitation Erosion without Model Test" Journal of Fluids Engineering,ASME. 118. 582-588 (1996)
• [Publications] Y.Kawanami,H.Kato,H.Yamaguchi,et al.: "Machanism and Control of Cloud Cavitation" Journal of Fluids Engineering,ASME. 1. 329-336 (1996)
• [Publications] 村井祐一、松本洋一郎: "圧力方程式を用いた非定常気泡流の数値解析" 日本機械学会論文集B編. 62-593. 85-92 (1996)
• [Publications] M.Kameda,Y.Matsumoto: "Shock Waves in a Liquid Containing Small Gas Bubbles" Physics of Fluids. 8-2. 322-335 (1996)
• [Publications] Y.Matsumoto,M.kameda: "Propagation of Shock Waves in Dilute Bubbly Liquids (Governing Equations,Hugoniot Relations,and Effect of Slippage Between two Phases)" JASM International Journal Series B. 39(2). 264-272 (1996)
• [Publications] 高木 周、松本洋一郎: "静止流体中を上昇する球形気泡に働く力" 混相流. 10-3. 264-273 (1996)
• [Publications] 島田正仁、小林 孝、松本洋一郎: "ディーゼルエンジン用燃焼噴射ポンプ内の衝撃波の発生及び伝播の数値解析(第3報)" 自動車技術会秋季大会講演論文集. 961. 61-64 (1996)
• [Publications] 祖山 均、李 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の壊食率の推定法" 日本機械学会論文集B編. 62-595. 841-846 (1996)
• [Publications] 大場利三郎、祖山 均、岩崎正博、武田 渉、平田恭茂、樋口二郎: "偏心形バラフライ弁まわりの壊食性キャビテーション流れパターンの観察" ターボ機械. 24-3. 129-135 (1996)
• [Publications] 大場利三郎、祖山 均、谷 清人、武田 渉、樋口二郎、平田恭茂: "偏心形バラフライ弁まわりのキャビテーション振動の挙動" ターボ機械. 24-4. 193-199 (1996)
• [Publications] H.Soyama,A.Lichtarowicz,and T.Momma: "Vortex Cavitation in a Submerged Water Jet" Symposium on Cavitation and Gas-Liquid Flows in Flow Machinery and Devices. 236. 415-422 (1996)
• [Publications] H.Soyama and A.Lichtarowicz: "Cavitating jets-Similarity Correlations" 噴流工学. 13-2. 9-19 (1996)
• [Publications] 祖山 均、リヒタロビッチ: "キャビテーション噴流における有用な相関関係" 日本ウォータージェット学会第11回研究発表講演会論文集. 25-32 (1996)
• [Publications] H.Soyama,Y.Yamauchi,K.Sato,T.Ikohagi,R.Oba and R.Oshima: "High-Speed Observation of Ultrahigh-Speed Submerged Water Jets" Experimental Thermal and Fluid Science. 12-4. 411-416 (1996)
• [Publications] 祖山 均、山内由章、井小萩利明、大場利三郎、佐藤一教、進藤丈典、大島亮一郎: "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. 13-1. 25-32 (1996)
• [Publications] 奥田孝造、井小萩利明: "気泡雲の崩壊挙動の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B編. 62-603. 3792-3797 (1996)
• [Publications] 劉樹軍、井小萩利明: "キャビテーション壊食に及ぼすカソード防御効果" 日本機械学会論文集B編. 62-604. 4015-4019 (1996)
• [Publications] 服部修次、森 啓之、大矢一幸、牧野一郎、岡田庸敬: "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. 24. 334-339 (1996)
• [Publications] 森 啓之、柴田勝博、服部修次、岡田庸敬: "キャビテーション気泡崩壊圧の伝ぱ挙動と壊食量(三層型制振材料を用いた結果)" 日本機械学会論文集A編. 62. 1820-1826 (1996)
• [Publications] 中尾栄作、服部修次、岡田庸敬: "Ti-Al系金属間化合物のキャビテーション壊食特性" 日本機械学会論文集A編. 62. 2130-2136 (1996)
• [Publications] 森 啓之、服部修次、岡田庸敬、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" 日本機械学会論文集A編. 62. 2326-2332 (1996)
• [Publications] 服部修次、森 啓之、堀 友和、岡田庸敬: "肉盛り材料のキャビテーション壊食特性" ターボ機械. 24. 713-718 (1996)
• [Publications] G.Filalie,S.Hattori,J.M.Michel,J.P.Franc: "Le Cavermod,moyen d'essai d'erosion de cavitation : etalonnage a partir des deformations plastiques de monocristaux d'oxyde de magnesium" 3emes Journees Cavitation,Societe Hydrotechnique de France. 13-14 (1996)
• [Publications] 藤川重雄、小谷正直、高杉信秀: "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(第2報、凝縮係数決定の理論的根拠)" 日本機械学会論文集B編. 62-596. 1482-1487 (1996)
• [Publications] 和田英典、寺崎尚嗣、高杉信秀、藤川重雄: "インデューサに発生するキャビテーション気泡の崩壊圧の計測と処理" 日本機械学会第74期全国大会講演論文集. vol.III. 165-166 (1996)
• [Publications] 寺崎尚嗣、和田英典、藤川重雄、高杉信秀: "水中ウォータージエットまわりのキャビテーション衝撃圧の計測" 日本ウォータージエット学会第11回研究発表講演会論文集. 49-54 (1996)
• [Publications] 劉 樹軍、樋口二郎、井小萩利明: "キャビテーション壊食に及ぼすカソード防御効果(SEMによる観察)" 日本機械学会論文集B編. 63-606. 366-371 (1997)
• [Publications] 寺崎尚嗣、和田英典、高杉信秀、藤川重雄: "ウォータージエット計測用小型高速応答衝撃力計の開発" 日本機械学会第74期通常総会講演会講演論文集. vol.III(講演予定). (1997)
• [Publications] 祖山 均、リヒタロビッチ 門馬: "PVDFセンサによるキャビテーション噴流まわりの浸食エネルギの計測" 日本機械学会関西支部第72期定時総会講演会. (講演予定). (1997)
• [Publications] M.A.Dominguez-Cortazar,J.M.Michel,J.P.Franc: "The erosive axial collapse of a cavitating vortex : an experimental study" to be published in Journal of Fluids Engineering. (1997)