2022 Fiscal Year Annual Research Report

Toward Improvement of Prediction of Cavitation under Real Fluid Flow Condition: Understanding of Dissolved Gas Effect and Its Modeling

Research Project

Project/Area Number	20K04269
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	渡邉聡九州大学, 工学研究院, 教授 (50304738)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	津田伸一九州大学, 工学研究院, 准教授 (00466244) 片山雄介九州大学, 工学研究院, 助教 (20778815)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	キャビテーション
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，流体機器のキャビテーション性能の予測の高精度化を目指し，支配的実環境因子の一つである液中の溶存気体の効果に着目し，機械の内部流れとの類似性に基づいて選定した基礎的形状の流動系を対象に，（１）キャビテーション気泡の内圧の決定機構ならびに気液界面での物質伝達機構の実験的解明，さらには（２）物理現象に根差した溶存気体効果の流体解析モデルの構築を行った．（１）については，本年度は二次元縮小拡大流路を対象として実験計測に注力し，まず，高速度カメラにより定量化したキャビティ前後の気泡群特性を用いてキャビティの気液界面における溶存空気の物質伝達係数を明らかにし，国内会議で１件の発表を行った．また，前年度に考案した感圧塗料の原理を応用した溶存酸素濃度分布の可視化手法について，溶存酸素濃度分布とキャビティ形状の同時観察を実現したシステムに高度化し，実際に複数の溶存酸素条件，圧力条件での計測を実施した．これにより，気液界面近傍における溶存酸素濃度勾配の実験推定が可能であることが明らかとなったため，国内会議での発表を準備中である．（２）については，本年度はこれまでに構築した溶存気体輸送モデルのブラッシュアップを図り，オープンソースの流体解析ソルバーを用いて実験と同形状の翼形および二次元縮小拡大流路の流体解析を実施し，まだ定性的な一致にとどまるものの，実験結果を再現することを確認した．国内会議および国際会議でそれぞれ１件発表済みであり，現在，英文雑誌の投稿の準備中である．以上の成果を含め，補助事業期間全体を通じて本研究課題である（１）（２）を十分に達成できた．今後は，本研究で構築した溶存気体効果の流体解析モデルを用いて流体機器実機におけるキャビテーション性能の予測精度の向上を図っていく予定である．