極低温液体用キャビテーションタンネルの試作及び実験

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555307
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• 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): 前田 正二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60219277) ; 小村 隆士 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10010894) ; 山口 一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20166622) ; 宮田 秀明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70111474)
• Keywords: キャビテーション / キャビテーションタンネル / 非定常 / ブロ-ダウン / 液体窒素 / 熱力学的効果 / 極低温液体 / 臨界点

Research Abstract

本研究ではキャビテーション現象の基本を知ることを目的として、ブロ-ダウン型の新しい方式の極低温液体用キャビテーションタンネルを設計し試作する。液体窒素や、液体水素のような極低温液体は、実験状態が臨界点に近いため、キャビテーションの発生、消滅に対し、その熱力学効果が大きく現れる。具体的にはキャビティ内の蒸気温度の低下、それに伴う蒸気圧力の低下が見られる。このため、極低温液体を使用してキャビテーションの観察を行えば、その本質についての知見が得られる可能性がある。一方、極低温液体用のキャビテーションタンネルを通常の減圧回流型で設計すれば、液体が特殊なため製作費が高いばかりでなく、取り扱いにも種々の困難を伴う。
本研究ではキャビテーション現象の特性時間が短いことを積極的に利用して、ブロ-ダウン型のタンネルで、意味のある計測が可能なことを示すことを第1の目的とし、また、上述のキャビテーション現象の熱力学的効果の計測を行うことを第2の目的としている。
本研究で試作するタンネルは内容積約200リットルの2つの液体窒素用容器と、これを結ぶテストセクションから構成される。一方の容器に約100リットルの液体窒素を入れ、最大5bar程度まで窒素ガスで加圧しておく。開閉弁を急開し液体窒素を加圧窒素ガスで加速しテストセクショでキャビテーションを発生させる。封入する液体窒素の量、加圧圧力を変化させることにより、所要のキャビテーション数が得られる。解析によれば、ブロ-ダウン型のため、流速は時々刻々変化するが、キャビテーション数の変化は少ない。テストセクションでの非定常な流量、圧力、キャビティ内での温度、圧力を精度良く計測することに注意が払われている。
本年度は本タンネルの製作を行い、平成8年度に性能を調べる。