2012 Fiscal Year Annual Research Report
高速キャビテーションジェットノズルの設計のためのＣＦＤ解法の確立
| Project/Area Number |
22560177
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
彭 國義 日本大学, 工学部, 教授 (90295527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 誠二 日本大学, 工学部, 教授 (80154293)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 混相流 / キャビテーション / ウォータージェット / 流れの可視化 |
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| Research Abstract |
本研究では，機械加工などの分野で利用されている水中ウォータージェット技術の向上を図るために，圧縮性混合流気泡キャビテーションモデル解法を構築して高速水中ウォータージェットの数値シミュレーションを行い，実験結果との比較により数値計算の妥当性を検証し，より激しいキャビテーションを伴うジェット噴射ノズルの研究開発を展開した．平成２４年度において，具体的に下記の研究成果が得られた．
（１）水中キャビテーションジェットの構造について，キャビテーション流れの高速度ビデオカメラ観察を行い，画像解析によりノズル内外キャビテーション流れの挙動を解析し，数値解析結果の妥当性を検証した．その上，キャビテーション数によって気泡ボイド率分布及び流量係数の変化を明らかにした．
（２）水中ウォータージェット噴射ノズルの設計について，数値解析及び可視化実験の結果に基づいて，相対的低い噴射圧力（～30MPa）で利用できる鞘付きオリフィスノズル及び鞘付きベンチューリノズルを開発した．試作した鞘付きノズルを用いてキャビテーション噴流実験を行い，可視化計測によりキャビテーション気泡のボイド率分布とキャビテーションの激しいさ（キャビテーション領域の大きさ）を考察した．相対的低圧領域（～30Mpa）でキャビテーションが発生し，水中ウォータージェットの有効加工距離が増加することが確認され，開発されたノズルの有効性を検証した．
（３）さらに，キャビテーション気泡が崩壊する際に放出する衝撃圧力を予測するため，気泡間および気泡・液体間の相互作用を考慮して，フロント・トラキング法を用いた気泡クラウドキャビテーションの数値シミュレーションを試み，気泡間の相互作用によってキャビテーション衝撃圧力が大きく変わることが検証できた．
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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