| 研究課題/領域番号 |
21K20414
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
牛奥 隆博 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (50884673)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | キャビテーションクラウド / 衝撃波 / 混相流解析 / SPH法 / PIV計測 / 粒子法 / 高速度撮影 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
キャビテーションにより発生した無数の気泡の集合体はクラウドと呼ばれ，集団的な成長と圧壊運動を示す．特に圧壊時に衝撃波が発生し，流体機械の壊食に繋がると考えられているため，クラウドの圧壊に伴う衝撃波現象のメカニズムの解明は重要な課題である．しかし，クラウドの形成過程やその非定常挙動，衝撃波現象の関係性は十分に解明されておらず，観測実験と数値解析の両面からの検証が不可欠である．本研究では，三次元的な観測実験と粒子法を用いた数値実験によって現象の詳細を調査し，そして混相流の流れ場の観点からの現象解明を試みることにより，クラウドの非定常挙動と衝撃波の発生・伝播機構を明らかにすることを目的とする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，キャビテーション気泡の集合体であるキャビテーションクラウドの非定常挙動とその圧壊に伴う衝撃波の発生・伝播を混相流の流れ場の観点から理解することを目的とし，実験と数値解析の両面からの調査を実施した．具体的に，2次元粒子法を用いた混相流解析による現象の調査，クラウドの非定常挙動の観測と衝撃圧の計測，及びPIV法によるクラウド周辺の2次元流速ベクトル場の計測を行った．その結果，(1)混相流解析による現象の再現と実験データとの比較，(2)混相流解析と実験によるクラウド周囲の双子渦の流れ場の存在の示唆，(3)混相流解析による圧壊時の複数の衝撃波現象の示唆，以上3点が成果として得られた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
クラウドの圧壊に伴う衝撃波現象は流体機械における壊食や騒音の原因になる一方で，近年では医療や環境の分野での工学的応用が盛んである．ゆえに，クラウドの非定常挙動と衝撃波現象のメカニズムの解明と数学モデルの提案が重要な課題であるが，高速かつ微小な現象であり，さらに相変化を伴う複雑な流れであるため，実験的な観測や数値解析による再現が難しいものとなっている．そうした中で，本研究は実験と数値解析の両面から調査し，得られた研究成果は混相流の流れ場の観点からの現象のモデリングの提案，及びクラウドから放出される強力な衝撃波の形成メカニズムの説明に繋がるものであり，学術的・社会的に意義があると確信している．
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