ターボポンプインデューサにおける非定常キャビテーション特性の解明

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19760119
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 渡邉 聡 Kyushu University, 大学院・工学研究院, 准教授 (50304738)
• Keywords: インデューサ / キャビテーション / キャビテーション特性 / 入口逆流 / 翼端漏れ渦

Research Abstract

本年度は,インデューサの内部流動構造を実験・解析の両面から調査するとともに,まずは CFD 解析によりキャビティ体積を評価し,準定常のキャビテーション特性を算出した.また,インデューサの内部流れに生じる特徴的なキャビティである翼端渦キャビテーションの簡易モデルを構築し,その準定常キャビテーション特性を算出した.
1. インデューサの内部流れの定量的把握と準定常のキーヤビテーション特性の算出
非キャビテーション発生時のインデューサの内部流れ構造について,インデューサの入口直前直後において LDV(レーザードップラー流速計)による速度分布計測,インデューサ喉部上流において壁面静圧分布計測を行った.また,商用CFD 解析コードを用いて,インデューサの内部流れを広範囲の流量域において解析し,先の実験結果との詳細な比較の上,計測では得られなかったインデューサ喉部近傍の局所的な流れ場を定量的に調査した.また,キャビテーション流れの定常解析を入口静圧をパラメータに行い,キャビテーションの成長とインデューサの揚程低下にいたる過程を解析した.その際,キャビティ体積を局所的な空洞率(ボイド率)の積分値として算出した.
2. 翼端渦キャビテーションの簡易モデル解析とその準定常キャビテーション特性の算出
横断面流れが支配的である翼端渦流れに細長物体近似を施し,そこに発生するキャビテーションについて,円柱状キャビティの成長方程式と2次元渦法をカップリングした簡易モデル解析法を構築した.その際,気泡生成時の潜熱とそれに伴う飽和蒸気圧の変化をもモデル化し,実液の熱力学的効果を考慮した.単独平板翼の翼端隙間流れについて様々な条件にて解析を行い,キャビティ形状が実験と比べて妥当であり解析手法が有効であること,熱力学的効果によりキャビティの成長が抑制され,準定常のキャビテーション特性も小さくなることなどが判明した.