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高温水キャビテーション実験による熱力学的効果発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H04263
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
研究機関東北大学

研究代表者

伊賀 由佳  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2016年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
キーワードキャビテーション / 溶存気体 / 析出 / 脱気 / 熱力学的効果 / 高温水 / 極低温流体 / 温度計測 / 溶存気体析出 / タンネル実験 / 溶存空気 / 気泡核 / 寸法効果 / 溶存酸素 / 核 / キャビテーション核 / 相変化
研究成果の概要

熱力学的効果発現機構の解明のために,作動流体中の溶存気体量のその場計測と制御を行った.溶存酸素量のその場計測から,同じキャビティ領域を有する流れ場でも,キャビティの非定常性が強い方が溶存酸素の析出量が多いことが示された.これは,非定常キャビテーション流れ自身の局所的な流速および圧力の変動が溶存気体の析出を促進していることを示唆している.また,溶存酸素量のその場計測と同期して,主流温度の上昇に伴い上昇する溶存酸素濃度を一定に制御する脱気システムを導入し,寸法効果を排除して熱力学的効果の発現を抽出した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

キャビテーションの熱力学的効果は,LNGで顕在化する.そのガス田採取から,大量輸送のための液化,運搬船による輸送,遠隔地の受入れ基地への供給という,一連のサプライチェーンにおいて使用される多くのポンプは,実液であるLNGを用いずに設計開発され,最終的な性能確認のみLNGを用いて行われている.よって,熱力学的効果を有効に利用できておらず,キャビテーション性能(作動範囲)に余裕のある設計となっていると想像できる.熱力学的効果を最適化できれば,高性能ポンプを用いたインフラ整備によって,一連のLNGサプライチェーンの低コスト化が実現し,安全・安心なクリーンエネルギーの普及が加速される.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] 温水キャビテーションにおける熱力学的効果の発現に関する実験的研究2017

    • 著者名/発表者名
      伊賀由佳, 古澤哲平
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 83-837 ページ: 15-0037

    • NAID

      130005303913

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] IN-SITU MEASUREMENT OF LIBERATION OF A DISSOLVED GAS IN UNSTEADY CAVITATING FLOW IN WATER2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Makii, Hirotoshi Sasaki, Yuka Iga
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME 2019 Joint Fluids Engineering Conference (AJKFLUIDS2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interaction between Thermodynamic Suppression Effect and Reynolds Number Promotion Effect on Cavitation in Hot Water2018

    • 著者名/発表者名
      Yuka Iga, Teppei Furusawa, Hiritoshi Sasaki
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Cavitation (CAV2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of Cavitating Flow on a Heated Hydrofoil2018

    • 著者名/発表者名
      Masaki Ito, Junnosuke Okajima, Hirotoshi Sasaki, Tomokazu Nomura, Yuka Iga
    • 学会等名
      Fifteenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キャビテーションの成長・崩壊挙動に及ぼす熱力学的効果の影響2018

    • 著者名/発表者名
      中井大地, 佐々木裕章, 姜東赫, 能見基彦, 安炳辰, 伊賀由佳
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NACA16012 翼形の部分キャビテーション消滅現象に関する基礎研究2018

    • 著者名/発表者名
      大平佳生, 鶴若菜, 渡邉聡, 伊賀由佳
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第52期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NACA16-012翼形に発生するキャビテーションの消滅現象の非定常特性に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      大平佳生,渡邉聡,伊賀由佳
    • 学会等名
      キャビテーションに関するシンポジウム(第19回)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] キャビテーション流れの非定常性と溶存気体析出との関係に関する実験的研究2018

    • 著者名/発表者名
      伊賀由佳,槙井大輝
    • 学会等名
      キャビテーションに関するシンポジウム(第19回)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] キャビテーションの成長・崩壊挙動に及ぼす熱力学的効果の影響2016

    • 著者名/発表者名
      中井大地, 佐々木裕章, 姜東赫, 能見基彦, 安炳辰, 伊賀由佳
    • 学会等名
      日本機械学会第94期流体工学部門講演会
    • 発表場所
      山口大学(山口県・宇部市)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Thermodynamic Effect on Tip Leakage Vortex Cavitation2016

    • 著者名/発表者名
      Donghyuk KANG, Daichi NAKAI, Yuka IGA
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Flow Dynamics(ICFD2016)
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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