| 研究課題/領域番号 |
14550138
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652)
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| 研究分担者 |
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (50375119)
中森 一郎 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (20280886)
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| 研究期間 (年度) |
2002 – 2004
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| 研究課題ステータス |
完了 (2004年度)
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| 配分額 *注記 |
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2004年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2003年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2002年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
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| キーワード | キャビテーション / 相変化 / 数値シュミレーション / 翼列流れ / ターボポンプ / 数値シミュレーション / 翼 / ターボポンブ |
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| 研究概要 |
本研究では、液体ロケットエンジン・ターボポンプ等の流体機械の設計開発に際し、キャビテーションを伴う高速かつ非定常な流れの詳細な流動特性が解明できる数値解析手法を実用化することを目指した。キャビテーション流れにおける液相と気相の混合状態、極低マッハ数域と超音速域の混在を同時に扱える統一手法の開発を行い、種々のキャビテーション流れの数値解析によって、その有効性を検証した。
翼形まわりの三次元非定常キャビテーション流れでは、シートキャビティの崩壊に伴って生ずるU字型のクラウドキャビティの大規模な三次元渦構造を再現できることを確認するとともに、このような渦構造は翼端の水槽側壁に発達する境界層の影響によるものであることを明らかにした。
一枚周期平板翼列におけるキャビテーション流れでは、その翼列配置による二種類のメカニズムによってシートキャビティブレークオフ現象が引き起こされることを数値的に明らかにした。三枚周期平板翼列では、旋回キャビテーション、旋回失速キャビテーション、およびキャビテーションサージのターボポンプで発生する代表的な三種のキャビテーション不安定現象を一つの計算コードにより統一的に再現できることを示した。また、キャビテーションサージが発生する際の流れ場の振動特性を予測した。
二段三枚周期平板翼列による多段軸流ターボポンプ内部を想定した数値解析では、前段翼と後段翼の翼間隙間からの流れによって周期的なキャビテーション現象の不規則性を増加させることにより、キャビテーション不安定現象の発生を抑制でき、システム全体を安定化できることを示した。
キャビテーションを伴う気中水噴流では、ノズル内で発生したキャビティクラウドの崩壊時の衝撃圧が噴流界面に大規模な変形を引き起こすことを明らかにした。
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