液流エネルギーのキャビテーションによる衝撃エネルギーへの変換・集中化機構

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650182
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 恵一 金沢工業大学, 工学部, 教授 (50113030)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斉藤 康弘 金沢工業大学, 工学部, 助手 (00319039) ; 中島 円 金沢工業大学, 工学部, 講師 (70322542) ; 新谷 一博 金沢工業大学, 工学部, 教授 (80139758)
• Keywords: キャビテーション / 液流エネルギー / 高衝撃 / エロージョン / 渦 / エネルギー集中 / エネルギー変換

Research Abstract

本年度は,昨年度に示された項目の内の大きく4つの項目,すなわち(1)2次元収縮拡大(矩形)流路,(2)軸対称円筒オリフィス流路,(3)軸対称ベンチュリ形流路など各種流路におけるキャビテーション,および(4)磁歪振動子まわりの振動キャビテーションについて,更に詳細な実験的研究を中心に計算機シミュレーションを加えながら行った。特にキャビテーションによる衝撃エネルギー集中化機構が渦キャビテーションから発達したキャビテーションクラウドの放出,その圧壊という過程のもとに生み出されることを,高速度ビデオ観察などを通して明らかにした。これらのキャビテーションクラウドの放出挙動は上述の4種の流れ場および3角柱や円柱まわりのキャビテーション流れにおいても観察され,これがキャビテーションの高衝撃機構を作り出す原因になっていることが見出された。その主要な機構の一つは剥離剪断層上に形成される微小禍キャビティの形成から渦のペアリングに基づく合体運動を経て比較的大規模なキャビテーションクラウドになっていく過程にあることが明らかにされた。この大規模なキャビテーションクラウド放出を引き起こす元はクラウド放出直後に生じるキャビテーション特有なリエントラント運動にあることが示された。その実態が圧力波か流動による圧力上昇作用にあるかは未だ不明であり次の課題である。これらの非定常気泡放出現象は場合によってはトリップワイアなどによる境界層制御,すなわち剥離剪断層の渦発生をとおして制御可能なことも示されている。キャビテーション壊食については,磁歪振動子におけるキャビテーションが増圧作用と振動キャビテーションの相互作用によることを示し,この種のキャビテーションと流れ場のキャビテーションとの関連付けが試みられた。

Research Products

• [Publications] 佐藤恵一: "Unstable Cavitation Behavior in a Circular-Cylindrical Orifice Flow"Proc.The 4th Int. Symp. on Cavitation. 1-8 (2001)
• [Publications] 佐藤恵一: "Observations of Unsteady Separated-Type Cavitation in Convergent-Divergent Channel"Proc.The 3rd Int. Symp. on Measurement Techniques for Multiphase Flow. 203-210 (2001)
• [Publications] 佐藤恵一: "Self-Exctiting Behavior of Cloud-like Cavitation and Micro-Voretex Cavities on the Shear Layer"Proc.The First Int.Symp.on Advanced Fluid Information. 263-268 (2001)