2017 Fiscal Year Research-status Report
気泡流被覆水中サスペンション・ジェット脈動特性の解明および通気鞘の最適化
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17K06169
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
彭 國義 日本大学, 工学部, 教授 (90295527)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ウォータージェット / 混相流 / キャビテーション / 可視化計測 / 水中切断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子炉解体作業など水中構造物の切断に用いられる水中ウォータージェット工法を確立するため，気泡流被覆水中アブレシブ・サスペンション・ジェット（ASJ)の流れ構造と脈動特性を調べた。本年度では，通気によってジェット周りに形成される気泡クラウドの伸縮や気泡流被覆水中ウォータージェットの脈動について，（１）通気鞘付きノズルシステムを用いて形成された気泡流被覆水中ウォータージェットの高速ビデオカメラ観察を行い，気泡流被覆 ASJ の挙動を類推して考察した。（２）PIV（Particle Image Velocimetry）を用いて気泡流被覆水中ウォータージェット速度分布の測定を試み，通気流量の影響を調べた。その結果，以下の知見を得た。
（１）鞘出口近傍に形成された気泡流被覆領域は周期的に膨張・収縮し，その周波数は通気流量の増加に伴って低下する。気泡流領域脈動の挙動を表すストローハル数は鞘内キャビティーのキャビテーション数に支配される。
（２）加圧空気を供給すると鞘出口近傍に形成された気泡流領域の直径は急激に増加する。
（３）通気鞘付きノズルを用いて形成される気泡流被覆水中ウォータージェット中心軸流速の減衰は緩やかになり，ウォータージェットの有効加工スタンドオフ距離の拡張に有効である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度研究計画として，（１）可視化実験用ノズルヘッドと通気鞘パイプの製作，（２）気泡流被覆水中ウォータージェットの高速ビデオカメラ観察および流れ場のPIV 計測，（３）気泡流被覆ウォータージェットの数値解析モデルの改善と三つの内容を予定し，ほぼ予定通り実施した。ただし，高圧（5.0 MPa以上）で噴射された通気水中ウォータージェットに多くの気泡が含まれ，気泡表面での光反射によって速度場のPIVは非常に難しい。そのため，PIV実験および数値解析において，ジェット噴射圧力を0.5 MPa～5.0 MPaに調整し，気泡流被覆水中ウォータージェットの流れ構造と流速分布を調べた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画・方法の通り，来年度は，（１）気泡流被覆水中ASJによる水中切断実験を行い，試作された通気鞘付きノズルによるASJの水中切断能力を評価する。（２）PIVおよび数値解析の手法を用いて気泡流被覆水中ウォータージェットの速度場および気泡流ボイド率分布を考察し，通気鞘の構造および通気流量の影響を調べる。その上，通気鞘の最適寸法を決定し，気泡流被覆水中ASJの使用条件を検討する。
しかし，通気流量が大きい場合，鞘出口近傍に気泡密集領域が形成され，PIV計測が難しくなることが予測される。そのため，PIVの計測領域をさらに下流側へ調整し，数値解析手法と連立して流れ場の可視化解析を進めていくと考える。
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| Causes of Carryover |
当初参加する予定の学会(日本ウォータージェット技術報告会）は平成30年2月から平成30年5月に延期され，当該学会に出席するための旅費の支出は次年度に変わった。また，一部実験用品の加工は予定より時間がかかり，実験部品費の支出は次年度に変わった。
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Research Products
(7 results)
