2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of Innovative Numerical Model of Cavitation through Liberation Experiment in Oil and Simulation of Tuebulence
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18K18819
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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, 教授 (50375119)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 気体性キャビテーション / 溶存気体 / 析出 / テイラー渦 / 油圧作動油 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，来たる水素社会での水素サプライチェーンにおいて，エネルギーコスト低減に直結する水素ポンプの性能を向上するための，革新的数値解析モデルを開発するものである．ポンプではキャビテーションという現象が発生する．キャビテーションとは，液体が加速する場所で圧力が局所的に低下し，飽和蒸気圧を下回ることで主に蒸発により気体が発生する現象で，ポンプを高性能化（小型・高速化）する際にしばしば発生し，性能低下を引き起こしてしまう．このキャビテーションには信頼できる数値解析モデルが存在しないため，実験による性能試験が容易ではない水素ポンプの設計に対して数値解析を用いることもできず，高性能化が難しくなっている．
研究代表者は，現存の全てのキャビテーションモデルに共通する問題点は，発生の閾値を飽和蒸気圧の一定値としているところであると考えた．液体中に溶け込んだ溶存気体の析出による影響によって，キャビテーションの初生が飽和蒸気圧ではないことは実験的に良く知られた事実である．この根本的なモデルの問題を解決すべく，本研究では，実現象での気体発生の動的閾値の定式化を行う．
研究1年目は，流動場での気体分離圧を直接求めるために，回転同心円筒油中キャビテーション発生装置を作成した．実験結果から，円筒回転数の上昇に伴い，キャビテーションの初生圧が上昇することが示された．また，テイラー渦が発達した状況下では，初生圧力が回転数に依存しないことを示した．
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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
回転同心円筒油中キャビテーション発生装置が完成し，回転せん断流中での析出実験を行えている．また，汎用コードを用いた単相流の数値解析も開始している．中間ではあるが，研究成果を，国際会議1件，国内会議1件で報告でき，研究は概ね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
回転同心円筒油中キャビテーション実験では，初生圧力が回転数の他に，低回転数領域すなわちせん断の弱い状態では，減圧速度にも依存することがわかったため，減圧速度依存性についても実験を行う．数値解析では，乱流に伴う時間変動量も評価できるよう解析精度を向上し，高回転の高せん断流での解析を行えるようにする．
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| Causes of Carryover |
既存のモータ，アクリル円管，真鍮等を用いて回転同心円筒部を安価に作成したが，実験計測システムとしては未完成であるため，次年度使用額が生じた．運転はできているが，初生の判定は簡易的にホームビデオカメラを用いた目視となっている．また，運転中に上昇する温度を制御できていない．次年度は計測精度と制御性を向上するために，ハイスピードビデオカメラ（低分解能でよい）と温度制御用のチラーを追加予定である．
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