物体近傍でのトラベリング気泡群の力学に関する数値的研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650202
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 高比良 裕之 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (80206870)
• Keywords: 気泡力学 / キャビテーション / トラベリング気泡 / 離散渦法 / 境界要素法 / トロイダル気泡 / マイクロジェット / 変形

Research Abstract

1.トラベリング気泡群モデルの構築
任意のポテンシャル流体中での気泡の半径変化・並進運動・変形を考慮した気泡群の運動方程式を導き,運動方程式における圧力項の物理的な意味を明らかにした.また,本気泡群の運動方程式と2次元離散渦法とを組み合わせて,直接的にトラベリングキャビテーション流れを扱う数値計算手法を提案した.さらに,本数値計算手法において,有限個の気泡群を2次元的に取り扱う上での条件を明らかにするとともに,本数値計算手法を物体まわりの初期のキャビテーション流れに適用し,以下のことを示した.(1)気泡間相互作用により個々の気泡の成長は抑制される.(2)一様流が流れ始めた直後には,気泡は物体表面に沿って移動し,はく離点付近に達すると急激に膨張し,その後液体圧力が回復する位置に達すると崩壊する.(3)物体後方に渦塊が形成されると,気泡は渦に沿って移動しつつ膨張する.
2.気泡の変形機構の解析
大変形するトラベリング気泡の力学を扱う上での基礎研究として,軸対称を仮定して,2個の気泡および種々の壁面(剛体壁や弾性壁)近傍での気泡の挙動を境界要素法を用いて解析した.本解析では,マイクロジェット貫通後のトロイダル気泡の力学や内部気体の熱的効果をを考慮して解析を行った.その結果,以下の知見を得た.(1)気泡の挙動は,壁面特性に大きく依存し,弾性壁が動きやすく,その固有振動数が振動場の振動数に近い場合には,気泡の振動が極端に抑制される.(2)気泡間の振動の位相差が気泡の形状,マイクロジェットの形成に大きな影響を与え,マイクロジェットの向きが反転する場合がある.(3)気泡内の温度分布は初期半径に大きく依存し,初期半径が小さくなる程温度境界層は厚くなり,高温領域は気泡内部深くまで発達する.(4)気泡内気体の熱的な効果により,気泡の振動は減衰する.

Research Products

• [Publications] H.Takahira: "Growth of Traveling Bubbles near an Axisymmetric Body in a Potential Flow" JSME International Journal,Series B. Vol.40,NO.2. 240-249 (1997)
• [Publications] 高比良裕之: "境界要素法を用いたトロイダル気泡に関する数値解析(気泡間相互作用および気泡-壁面相互作用の効果)" 日本機械学会論文集B編. 63巻・609号. 1496-1504 (1997)
• [Publications] 高比良裕之: "音場中における気泡の非線形振動に関する数値解析" 混相流シンポジウム'97(第16回)講演論文集. 1巻. 143-144 (1997)
• [Publications] 高比良裕之: "流れ場と気泡群との相互作用に関する一考察" 日本機械学会100周年記念北陸信越支部講演会講演論文集. NO.977-1. 241-242 (1997)
• [Publications] 高比良裕之: "弾性壁近傍における気泡の非線形振動に関する数値解析" 第9回キャビテーションに関するシンポジウム講演論文集. 1巻. 95-98 (1997)
• [Publications] H.Takahira: "Effects of Bubble-Bubble/Bubble-Wall Interactions on the Nonlinear Oscillations of Bubbles" Proc.3rd International Symposium on Cavitation. (未定). (1998)
• [Publications] 高比良裕之: "物体まわりのキャビテーション流れに関する数値計算" 日本機械学会関西支部第73期定時総会講演会講演論文集. NO.984-1(未定). (1998)