2022 Fiscal Year Annual Research Report
キャビテーションクラウドの非定常挙動と衝撃波現象の解明に関する研究
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21K20414
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
牛奥 隆博 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (50884673)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | キャビテーションクラウド / 衝撃波 / 粒子法 / 高速度撮影 / PIV計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に実施した粒子法による二次元混相流解析では，クラウドの発生から成長，圧壊，リバウンドするまでの一連の非定常挙動と圧壊時の衝撃波の発生・伝播の再現に成功している．さらに，クラウドの界面に沿って運動する双子渦の流れ場の存在を示唆する結果が得られているが，それらの実験的な検証が課題となっていた．そこで，最終年度は，まず，パルスレーザーの照射による水中ウォータージェットの噴射に伴って発生するクラウドの非定常挙動の観測実験と混相流解析の比較を実施した．その結果，混相流解析は実際のクラウドの形状，初生や圧壊時の分裂を含む非定常挙動を再現していること，圧壊時の衝撃圧はオーダーレベルで一致していることが分かり，数値解析の妥当性を確認することができた．本成果に関連して，国内会議にて2件の口頭発表を行っている．さらに， PIV法によるクラウド周囲の二次元流速ベクトルの場の計測と観測を実施した．結果として，時空間ともにマイクロのオーダーで運動するクラウドに関する二次元流速ベクトル場のPIV法による計測に成功し，クラウドの成長過程においてその表面に双子渦の流れ場が形成されることが確認できた．すなわち，混相流解析で見出されたクラウドの非定常挙動と双子渦の流れ場の関係を示唆する結果が得られた．
研究期間全体を通して，クラウドの非定常挙動と衝撃波現象，及び周囲の流速ベクトル場との関連について数値解析と実験の両面から調査を行った．主な研究成果として， (1)混相流解析による現象の再現と検証，(2)混相流解析と実験によるクラウド周囲の双子渦の流れ場の存在の示唆，(3)混相流解析による圧壊時の複数の衝撃波現象の示唆，以上3点が挙げられる．これらの成果は，混相流の流れ場の観点からの現象のモデリングの提案，及びクラウドから発せられる強力な衝撃波の形成メカニズムの説明に繋がる重要な知見である．
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