キャビテーションを伴う高速度水中水噴流のCFD解析とノズル設計

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560173
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Toyama Prefectural University
• Principal Investigator: 彭 國義 富山県立大学, 工学部, 助手 (90295527)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤川 重雄 北海道大学, 大学院工学研究科, 教授 (70111937)
• Keywords: 流体工学 / 数理工学 / キャビテーション / 可視化

Research Abstract

ジェット噴射ノズルの最適設計を行うために,高速度キャビテーション流れの実用的な数値解析手法を確掌し,CFDコードを開発した.本研究では,キャビテーション流れを低圧縮性の液体と高速で膨張・縮小するキャビテーション気泡の混合流と見なして,圧縮性混合流気泡キャビテーションモデルを提案した.Rayleigh-Plessetの式を用いて流れ場の圧力変化による気泡の膨張・収縮を評価し,気体ボイド率の変化を見積もって,液体と気体の状態方程式から気液混合流の圧力と密度を関係付け,混合流手法によるキャビテーション気泡流数値計算の定式化を行った.さらに,改良CIP-CUP法に基づく多重予測修正分離解法を採用し,低圧縮性液体流れと高圧縮性キャビテーション気泡流を統一に計算する困難を克服した.本手法をオリフィスノズルにおけるキャビテーション流れに適用し,数値計算の妥当性を検証した.
上述の計算手法を用いて,物体適合座標系で複雑領域におけるキャビテーション流れの計算コードを開発し,高速水噴流によく使われているベンチューリノズルにおけるキャビテーション流れの数値シミュレーションを試みた.境界条件の妥当性と数値計算の信頼性を確めた,ベンチューリノズル幾何形状パラメーターの影響を検討した.