2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Phase Change Model of Cavitation with An Effect of Precipiration of Dissolved Gas
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15K13863
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (50375119)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | キャビテーション / 析出 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，従来の飽和蒸気圧を基準とした相変化モデルとは異なるコンセプトの相変化モデルを開発することを目的としている．
まず，流動を伴う水道水の減圧沸騰実験を行い，流速が速いほど，また，溶存気体量が多いほど，見かけの相平衡圧力が高くなることを実験的に示した．この結果は，溶存空気の析出によって発生する油の気体性キャビテーションの実験で得られた結果と定性的に一致し，水におけるキャビテーションでも，蒸発だけではなく，溶存気体の析出が影響していることを指している．
次に，溶存気体析出の効果を考慮した数値解析を行った．均質媒体モデルではそもそも気液界面を解像できないため，析出・溶解を陽的に取り扱えないということを鑑み，析出と蒸発を局所のボイド率による線形結合によって1つの項で表現し，混合気体の質量保存式に適用した見かけの相平衡モデルによる解析を行った．このモデルでは，キャビテーションの発生初期であるボイド率の低い領域では気体の析出が支配的で，キャビテーションが十分に発達したボイド率の高い領域では蒸発が支配的かつ飽和蒸気圧における相平衡状態となる．
流れ場は，数値予測が難しいとされる高迎角のNACA0015単独翼まわりの非定常キャビテーションとした．析出に寄与する流動刺激として7種類の乱れの要素を気体分離圧，すなわち析出の閾値としてモデリングを行い，非定常キャビテーション流れにおいて結果を比較した．その結果，析出に寄与する要素として，速度の歪み率を用いたモデルが最も実験と結果が一致した．
これにより，これまで既存のキャビテーションモデルでは再現できなかった非定常キャビテーション流れにおけるキャビティ体積の過小評価と，それに伴う翼揚力の過小予測を解決でき，流体機械の数値解析の精度向上に貢献できるものと考えている．
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