回転流れ場に生じる三次元渦の不安定構造とキャビテーションとの干渉励振に関する研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17360081
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 古川 明徳 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30112410)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邉 聡 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (50304738) ; 高原 久定 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (40037875) ; 石坂 公一 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (30038070)
• Keywords: 流体工学 / キャビテーション / 渦流れ / 回転流れ場 / 流体機械

Research Abstract

ターボポンプの高性能化・小型高速化の実現には,キャビテーションの発生とそれによる不安定現象の回避が課題であり,その解決には三次元的に発達する渦構造とキャビティの挙動を明確に捉えておく必要がある.本研究では複雑な三次元渦構造が内部流れに強く現れるインデューサにおけるキャビテーション不安定現象を研究対象とし,本年度はまず低流量運転時に発生する低周波キャビテーション脈動とそれに強く関連する入口逆流渦に関する実験研究を行った.具体的には,インデューサ上流に流路の一部を閉塞する障害板を設置することがキャビテーション脈動の抑制に効果があることが分かっているため,障害板設置・非設置時の入口逆流構造と,インデューサの翼角とキャビテーション脈動の抑制効果に関する研究を行った.
1.障害板設置・非設置時の入口逆流構造の実験調査
障害板設置・非設置時の両者の場合について,インデューサの上流部において,回転に位相固定した壁面静圧計測およびレーザードップラー流速計による流れ計測を行った.その結果,障害板を設置した場合に入口逆流がせき止められるとともに逆流の有する角運動量(旋回速度)が増加し,その遠心力効果により壁面静圧が増加することが分かった.これにより,低吸込み圧条件下において問題となる逆流キャビティ形成が抑制され,キャビテーション脈動の抑制につながったものと考えられる.
2.インデューサの翼角とキャビテーション脈動の抑制効果
翼角の異なるインデューサ(翼角8°,14°)について,障害板の効果について調査した.その結果,抑制の度合いは異なるものの,いずれのインデューサにおいてもキャビテーション脈動抑制効果が確認された.また,障害板の設置位置により脈動抑制効果が異なることが確認されたことから,入口逆流のコントロールが低周波キャビテーション脈動の抑制に対して重要であると考えられる.