液体水素中のキャビテ-ション気泡挙動測定試験とその応用研究

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63850018
• Research Institution: MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 前野 一夫 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (30133606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 深野 隆 日本酸素(株), 機械本部, 設計技術職 ; 肥後 盛長 日本酸素(株), 機械本部, 設計技術職 ; 花岡 裕 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (60002870)
• Keywords: 極低温 / 液体水素 / キャビテ-ション / 気泡力学 / パルスレ-ザ-照射 / 極低温流体 / クライオスタット

Research Abstract

本研究は、前年度に継続して液体窒素および液体ヘリウム冷却による小型クライオスタット装置を用いて、Qスイッチ付きパルスルビ-レ-ザ-からのレ-ザ-光をクライオスタット内に導入し単一気泡を極低温液体中に生成する実験を行った。その結果、クライオスタット内の外周熱遮断壁と窓の存在のために、クライオスタット内へ集光されるルビ-レ-ザ-の集光距離が長くなり、複数気泡や楕円型の気泡が生成される確率の高いことが判明し、レンズ系の改良およびアイリス絞りの採用により球状性の比較的高い単一気泡を生成することが可能となった。本実験では、クライオスタット内への液体窒素の直接導入、液体窒素によるアルゴン液化および液体ヘリウム水素の液化を行った。各々の液化実験は成功し極低温液体中へのレ-ザ-光集光による蒸気泡生成は可能となったが液化水素中へのエネルギ-導入操作による危険性の問題から、主として液体窒素への集光実験を多数回数行ってデ-タを集めた。レ-ザ-光照射による生成蒸気泡挙動と、液体内の圧力変動波形を計測し、蒸気泡生成と、その後の強い圧力変動波形を観測した。
また、無限極低温液体中の単一気泡に対して、レイリ-・プレセット形の気泡挙動方程式と蒸気泡に対する熱と物質移動(相変化と熱伝達)を考慮した方程式とを組み合わせた解析手法を開発し、液体水素、液体窒素、液体アルゴン中の気泡に対して数値計算を行った。さらに得られた結果を、上記クライオスタット内の生成蒸気泡挙動をイメ-ジコンバ-タカメラにより撮影した可視化結果と比較検討した。その結果、平衡初期条件に近い状態に生成蒸気泡でも収縮を行うことが判明し、本解析結果からの定量的相異が明らかとなった。今後は、より多数回の実験と加圧に対するクライオスタットの改良、および新しい解析手法の確立を計画している。

Research Products

• [Publications] Kazuo MAENO et al.: "Shock Wave Propagation in Law Temperature Refrigerant R-12 and Other Gases" Proceedings of the 16th International Symposium on Space Technology and Science. Proc.787-792 (1988)
• [Publications] 横山真吾他: "低温流体中の衝撃波と蒸気泡崩壊(R-12に対する実験)" 日本機械学会北海道支部第29回講演会講演概要集. No.882ー2. 62-63 (1988)
• [Publications] Kazuo MAENO et al.: "Experimental Study on Vapor Bubble Dynamics in Low Temperature Liquids" The 2nd Asian Thermophysical Properties Conference. Proceedings.431-436 (1989)
• [Publications] 前野一夫他: "レ-ザ-照射による極低温流体中の生成気泡挙動に関する実験" 衝撃工学シンポジウム(宇宙科学研究所). 講演論文集. 232-238 (1989)
• [Publications] 前野一夫他: "極低温流体中のレ-ザ-照射によるキャビテ-ション気泡実験(液体窒素に対する結果)" 第21回流体力学講演会. 講演集. 252-255 (1989)
• [Publications] Kazuo MAENO et al.: "Study on Laser-Induced Cavitation Bubbles in Cryogenic Liquids" The 17th International Symposium on Shock Waves and Shock Tubes. Proceedings. (1-6) (1990)