2006 Fiscal Year Annual Research Report

ウォータジェットにおける衝撃発生に関連するキャビテーションの非定常挙動の解明

Research Project

Project/Area Number	18760132
Research Institution	Kanazawa Institute of Technology
Principal Investigator	斉藤康弘金沢工業大学, 工学部, 講師 (00319039)
Keywords	流体工学 / キャビテーション / 混相流 / ウォータジェット / クラウドキャビテーション / 画像解析
Research Abstract	本研究課題においてはキャビテーティング・ウォータジェットの非定常で高衝撃性を示す挙動のメカニズムを定量的に捉え,明らかにすることを目的としている. 本年度は,特に明瞭にキャビテーションクラウドの挙動を捉えることと,定量的評価のための画像解析手法の開発を行った,比較的明瞭に大規模なキャビテーションクラウドが発生する収縮か偉大ノズル流れ場において,衝撃発生時近傍のキャビテーションクラウドの挙動を圧力計や加速度計を用いた計測と同時に,高速度ビデオカメラによる高速度観察を行った. キャビテーションクラウドの挙動を定量的に捉えるための画像解析には256階調のグレースケール画像を用いた.ここで撮影された原画像においては気泡領域が白く表示されるとする.このとき時間的に後の画像から前の画像のグレーレベルを減算すると,白(白の階調値は255)から黒(黒の階調値は0)に変化する気泡崩壊は負の値で示される,本手法の利点として単なるキャビテーション領域のみを捉えるのではなく,気泡崩壊時に発生する圧力波の伝播に伴う周囲の微細気泡の崩壊を捉えることができる. 本手法を収縮拡大ノズル流れ場に発生するキャビテーションクラウドに適用し,観察されたクラウドキャビテーションの放出に関連する一連の挙動画像解析を用いて捉えることができることを示した.また放出クラウドの崩壊時およびリエントラント挙動のノズルのど部到達時に,圧力波が発生し,周囲の気泡を連続的に崩壊させる挙動も画像解析を用いて捉えることができることを示した. また,本解析手法を用いて壁面に衝突するキャビテーション噴流について計測を行った.衝突壁面上において円形に広がるキャビテーションクラウドに関しては,解析領域を工夫することで半径方向への気泡挙動特に崩壊挙動を捉えることができ,壊食試験結果と一致する結果を示した.