2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19K04179
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
江頭 竜 福岡工業大学, 工学部, 教授 (60455102)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ボイド率 / ノズル / 気泡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，ノズル内の気泡流特性に及ぼすノズル出口での背圧の影響を理論及び実験により解明することである．ノズル内の気泡流特性を実験的に明らかにするためには，ノズル内気泡流のボイド率の正確な計測が欠かせない．本研究では，ボイド率計測に定電流法を採用しており，前年度は，定電流法の計測領域の検証やボイド率が負になる原因を究明した．本年度は，定電流法における電流値がボイド率に与える影響について調べ，定電流法による単一気泡の場合のボイド率測定で，印加電流がある値以上になればボイド率が電流値に影響を受けないこと，ボイド率が高いほど印加電流を大きくしなければならないことを明らかにした．さらに，5.30％以下のボイド率であれば電流値を1.0mAにすればよく，この範囲のボイド率のとき，定電流法で用いられてきた従来のボイド率換算式で得られた値を定数倍しなければならないことがわかった．
ノズル内の気泡の運動を理論的，数値的に扱うために，まず，テーパ状円管内の単一球形蒸気泡の並進・膨張・収縮を気泡力学に基づいて解析し，それを直円管内の解析結果と比較した．管内流れは定常な準一次元層流とし，気泡は管軸上を運動するものとした．気泡力学のRayleigh-Plesset方程式に多原子分子としての水-水蒸気系に対する気液境界条件に基づく非平衡蒸発速度の効果を組み入れ，気泡核の並進運動をラグランジュ的に追跡した．すなわち，非平衡蒸発，気泡の膨張・収縮運動，並進運動をすべて考慮して解析を行った．その結果，直円管の場合もテーパ円管の場合も，ある時刻で突然気泡の膨張速度が大きくなり，その後ほぼ一定速度で膨張を続けること，また，突然膨張速度が大きくなる時刻はテーパ円管の場合の方が直円管の場合よりも早くなることがわかった．
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