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クラウドキャビテーションの動力学の解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 11450071
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関東京大学

研究代表者

松本 洋一郎  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473)

研究分担者 山口 一  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20166622)
加藤 洋治  東洋大学, 工学部, 教授 (00010695)
田村 義昭 (田村 善昭)  東京大学, インテリジェント・モデリング・ラボラトリー, 助教授 (40217203)
杉山 和靖  東京大学, インテリジェント・モデリング・ラボラトリー, 研究員
市川 保正  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (40134473)
高木 周  東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (30272371)
研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
14,400千円 (直接経費: 14,400千円)
2000年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
1999年度: 10,500千円 (直接経費: 10,500千円)
キーワードエロージョン / キャビテーション / 翼 / 数値計算 / 揚力係数 / 抗力係数 / ボイド率 / 圧力分布 / Cavitation / Bubble Dynamics / Pressure Wave / Numerical Analysis / Cavitation Erosion / Bubbly Flow / External Flow / Numerical Simulation
研究概要

液体中に存在する微小な空気泡が,周囲圧力の変動に伴い,急激に成長・崩壊するキャビテーション現象は,流体機械・機器の性能に大きな影響を与える.中でもポンプインペラ,舶用プロペラなど流体機器壁近傍におけるキャビテーションの崩壊現象は,機器の壊食(エロージョン)をもたらし,機器の性能に影響を与えるだけでなく,重大な事故にもつながり得る.エロージョンに関しては,これまで,単一気泡の崩壊による働撃波の発生,マイクロジェットの生成による働撃圧などが議論されてきたが,これらの圧力は実際のキャビテーションで計測されるものに比べてはるかに小さく,エロージョンのメカニズムを説明するには至っていない.一方,流体機器内で発生するキャビテーションの多くは,気泡が集合した気泡雲の状態で存在し,そのようなクラウドキャビテーションは壊食性が強く,クラウド崩壊時には,数GPaの高い圧力が発生することが実験的に分かっている.本研究では,このようなクラウドキャビテーションの動力学を解析するため,ミクロスケールの現象である個々の気泡内部の熱現象,メゾスケールの現象である気泡の配置,マクロスケールの現象であるクラウド内部の圧力波の挙動の関係について,スケール間の干渉を合理的に組み合わせた多重スケール解析を用いて解析を行った.
解析に用いられた計算手法は,松本らにより独自に開発されたものである.この手法では,ミクロスケールの現象として,個々の気泡内部の熱・物質輸送を厳密に考慮し,気泡の体積変化および並進運動の方程式を精度良く計算する.一方,マクロの式としては,気泡を分散体として含む液体に対する質量,運動量の平均化方程式を解き,ミクロスケールを記述する個々の気泡に関する方程式と合理的にカップリングさせる.得られた計算結果より,気泡間相互作用により,クラウド崩壊時には単一気泡の崩壊時よりも,はるかに高い衝撃圧がクラウド中心近傍に発生することが示され,実験による高い圧力の発生のメカニズムに対して知見が得られた.さらに,液相部には張力を含む高周波の圧力変動が生じることなどが明らかとなった.

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (23件)

  • [文献書誌] 島田正仁,松本洋一郎,小林孝: "クラウドキャビテーションの動力学とキャビテーションエロージョン"日本機械学会論文集(B編). 65・634. 1934-1941 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 島田正仁,松本洋一郎,小林孝: "クラウドキャビテーションの崩壞挙動に及ぼす気泡核分布の影響"日本機械学会論文集(B編). 65・637. 3002-3007 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 田村善昭,土屋直木,小糸秀明,松本洋一郎: "2次元翼周りキャビテーション流れの数値解析"第10回キャビテーションに関するシンポジウム講演論文集. 59-62 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 田村善昭,杉山和靖,松本洋一郎: "キャビテーション流れの数値計算法"次世代超音速旅客機成立のための空力基盤研究シンポジウム講演論文集. 27-31 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masahito SHIMADA,Yoichiro MATSUMOTO and Takashi KOBAYASHI: "Influence of the Nuclei Size Distribution on the Collapsing Behavior of the Cloud Cavitation"JSME International Journal,Series B. 43・2. 380-385 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 田村善昭,松本洋一郎: "キャビテーション流れ解析"ターボ機械. 28・12. 1-6 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masahito Shimada, Yoichiro Matsumoto and Takashi Kobayashi: "Dynamics of the Cloud Cavitation and Cavitation Erosion"Trans.JSME (B). 65-634. 1934-1941 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshiaki Tamura, Naoki Tsuchiya, Hideaki Koito and Yoichiro Matsumoto: "Numerical Simulation of Cavitating Flow around a Two-Dimensional Hydrofoil"Proc. 10^<th> Symposium on Cavitation. 59-62 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshiaki Tamura, Kazuyasu Sugiyama and Yoichiro Matsumoto: "Development of a Numerical Method for Cavitating Flows"Proc. of comput. aerodynamic researches for next generation supersonic transport. 27-31 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masahito Shimada, Yoichiro Matsumoto and Takashi Kobayashi: "Influence of the Nuclei Size Distribution on the Collapsing Behavior of the Cloud Cavitation"JSME International Journal, Series B. 43-2. 380-385 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshiaki Tamura and Yoichiro Matsumoto: "Analysis of Cavitating Flows"Turbo Machinery. 28-12. 1-6 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 杉山和靖,高木周,松本洋一郎: "LESによる微細粒子を含む壁面乱流の数値解析(粒子の運動に及ぼす流れのSGSモデルの効果)"日本機械学会論文集(B編). 66・641. 103-112 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Murai,Y.,Matsumoto,Y.and Yamamoto,F.: "Qualitative and Quantitative Flow Visualization of Bubble Motions in a Plane Bubble Plume"Journal of Visualization. 3・1. 27-35 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Yuichi MURAI,Yoichiro MATSUMOTO,Xianggun SONG and Fujio YAMAMOTO: "Numerical Analysis of Turbulence Structures Induced by Bubble Buoyancy"JSME International Journal, Series B. 43・2. 180-187 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Fumio Takemura and Yoichiro Matsumoto: "Dissolution rate of spherical carbon dioxide bubbles in strong alkaline solutions"Chemical Engineering Science. 55. 3907-3917 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Masahito SHIMADA,Yoichiro MATSUMOTO and Takashi KOBAYASHI: "Influence of the Nuclei Size Distribution on the Collapsing Behavior of the Cloud Cavitation"JSME International Journal,Series B. 43・2. 380-385 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 田村善昭,松本洋一郎: "キャビテーション流れ解析"ターボ機械. 28・12. 1-6 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 島田 正仁: "クラウドキャビテーションの動力学とキャビテーションエロージョン"日本機械学会論文集(B編). 65・634. 76-83 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 島田 正仁: "Dynamics of the Cloud Cavitiation & Cavitation Erosion"Proceeding of FEDSM'99 : 3^<rd> ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference. 6775(CD-ROM) (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 島田 正仁: "クラウドキャビテーションの崩壊挙動に及ぼす気泡核分布の影響"日本機械学会論文集(B編). 65・637. 66-71 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 杉山 和靖: "円柱周りの気泡流の三次元数値解析"日本機械学会論文集(B編). 65・638. 3260-3267 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 加藤 洋冶: "Laser Holographic Obsevation of Cavitaion Cloud on a Foil Section"J.Visualization. 2・1. 37-50 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 豊田 真: "バブルキャビテーション時の翼型性能推定"日本造船学会論文集. 186・. 59-64 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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