衝撃圧によって駆動される高速液体噴流の流動特性に関する研究

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62460096
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 山本 勝弘 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10063752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉岡 英輔 (大田 英輔) 早稲田大学, 理工学部, 教授 (50063699) ; 田島 清ひろ 早稲田大学, 理工学部, 教授 (60063335)
• Keywords: 高速液体噴流 / 噴流衝撃力 / ノズル / ピストン衝撃圧 / 非定常流 / 水中衝撃波 / 相変化 / 圧縮性液体の数値解析

Research Abstract

ビストンの衝突により駆動される高速液体噴流の流口特性とそれに及ぼすノズル形状の影響を明らかにするため、今年度は差合法によりノズル内流れの数値解析、Xeフラッシュ光(発光時間19μs)とパルス・ルビ-レ-ザ-ホログラフィ-(30ns)による空中噴流の高速瞬間撮影い、HeーNeレ-ザ-による噴流先端速度の測定、そして水晶電素子による噴流衝突圧力、ノズル内圧力の測定を行った。数値解析ではZalesa5のFCT差分法を軸対称二次元流に拡張して円筒ノズル内流れを解析した。ホログラフィ-は、従来のoffーAxis型明視野法においてレ-ザ-ビ-ムが空中噴流を十分透過しなかったため、フレネル反射型光学系による撮影を行った。噴流先端速度は、HeーNeレ-ザ-ビ-ムを空中噴流が遮断する所刻を高速フォトダイオ-ドで感知し求めた。
以上の数値解析と実験から次のような成果が得られた
(1)テ-バノズル内の流れは一次元波動が支配的で非定常性が強いのに対し、円筒ノズメ内流れは、短い過渡期の後、縮流をともなった準定常流となる。テ-バノズル出口部では、波動に伴う水柱分離が発生するが、円筒ノズル出口部では縮流の周囲にボイド領域が定在し、縮流の内部にも定常的なキャビテ-ションが生じる。(2)噴流先端速度は、テ-バノズルでは距離の増加と共に減少し、円筒ノズルでは逆に増加する。これは噴流の初期加速がテ-バノズルではインパルス的なのに対し、円筒ノズルでは徐々に増速するためと考えられる。(3)ルビ-レ-ザ-により鮮明な噴流の立体静止画像が得られ、噴流の噴出直後にはノズル出口の速度変動に基づく激しい衝突が観測された。(4)噴流の衝突圧力は噴流速度ばかりではなく、ノズル形状の違いによる噴流の構造にも強く依存する。

Research Products

• [Publications] 能見基彦,山本勝弘他: "衝撃圧によって駆動される高速液体噴流の流動特性に関する研究(第1報、一次元流動モデルによるノズル内流れの解析)" 日本機械学会論文集B篇. 54巻503号. 1628-1632 (1988)
• [Publications] 能見基彦,山本勝弘他: "衝撃圧によって駆動される高速液体噴流の流動特性に関する研究(第2報、軸対称二次元流モデルによる円筒ノズル内流れの解析)" 日本機械学会論文集B篇.