振動翼に生じる翼端渦キャビテーションの非定常特性とアクティブコントロール

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750190
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 佐藤 光太郎 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (80252625)
• Keywords: キャビテーション / 非定常特性 / 圧力変動 / ストロハル数 / 2次元翼

Research Abstract

本研究はロケット用ターボポンプのインデューサに生じるキャビテーション現象とそれによる非定常流体力および衝撃圧の発生機構の解明を目的とした基礎的研究である.本年度は振動翼周りに生じるキャビテーションの形態とその発生条件を高速度ビデオを用いた挙動観察と入口変動圧力計測により詳細に調べるとともに,非定常キャビテーションの振動特性の解明を試みた.以下に得られた成果を示す.
1) これまで自励振動の発生原因のひとつとしてリエントラントジェット形成が指摘されてきたが,振動翼に生じるキャビテーションのリエントラントジェット形成頻度は振動キャビテーションの自励振動数ではなく,翼の加振振動数に一致していることから,リエントラントジェット形成がキャビテーションの自励振動の主要因でないことを示した。
2) 無次元時間平均キャビティ長さLcm^*≒1の場合,翼の加振振動数がキャビテーションの自励振動数に近づくとキャビテーションの自励振動数が翼の加振振動数に吸収され,無次元入口圧力変動の振幅Ap^*が大きくなる.
3) 無次元時間平均キャビティ長さLcm^*≒1の場合、翼の加振ストロハル数Stf≦0.035ではキャビティ長さLcは迎え角αとほぼ同位相で変化するのに対し,0.035<Stf<0.2の範囲ではStfが大きくなるにしたがってαに対するキャビティ長さ変動に位相遅れが生じる.しがし,翼の加振ストロハル数Stf≧0.2ではそれらの位相差は概ね一定の値となっている.また,入口圧力P1とキャビティ長さLcの位相差は翼の加振ストロハル数Stfにかかわらず一定でほぼ180[°]になる.
4) 翼の加振ストロハル数Stf=0.14の場合,無次元時間平均キャビティ長さLcm^*=0.2においては,キャビティ長さLcは迎え角αとほぼ同位相で変化するのに対し,Lcm^*>0.2の範囲ではLcm^*が大きくなるにしたがってαに対するキャビティ長さ変動に位相遅れが生じる.ただし,入口圧力P1とキャビティ長さLcの位相差は無次元時間平均キャビティ長さLcm^*にかかわらず一定でほぼ180[°]になる.

Research Products

• [Publications] Kotaro Sato, Yukio Tomita: "Non-spherical Motion of Two Cavitation Bubbles Produced with/without Time Delay near A Boundary" Third International Symposium on Cavitation,. Vol.1. 63-68 (1998)
• [Publications] 渡邊聡,佐藤光太郎,辻本良信,上条謙二郎: "特異点法を用いた旋回キャビテーションの線形解析" 日本機械学会論文集(B編). Vol.64,No.622. 1675-1682 (1998)
• [Publications] 佐藤光太郎,迫谷武寿,辻本良信: "二次元垂直噴流による矩形容器内での気液界面振動" 日本機械学会論文集(B編). Vol.64,No.620. 1095-1102 (1998)
• [Publications] 橋元篤志,佐藤光太郎,辻本良信: "振動翼に生じるキャビテーションの非定常特性" 日本機械学会関西支部講演会にて講演予定.