| 研究課題/領域番号 |
22K14182
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
鶴 若菜 佐賀大学, 海洋エネルギー研究所, 助教 (70823889)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | キャビテーション初生 / 均質媒体モデル / 深層学習 / キャビテーション / 初生 / 気泡核 / 境界層特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，キャビテーション流れの簡便かつ高精度予測手法の確立を目的としている．境界層特性の異なる流れ場における気泡核挙動の観察，キャビテーション初生過程の気泡核と周囲の流れの数値計算を行う．また，得られた結果用いた深層学習によるキャビテーション形態，初生位置などの分類を行い，各特徴量を評価して重要因子の抽出を行う．抽出した因子を取り入れたキャビテーションモデルを構築し，均質媒体モデルに組み込む．
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| 研究実績の概要 |
液体を用いる多くの流体機械において，キャビテーションは重大な問題となる．均質媒体モデルによるキャビテーション予測が広く行われているが，均質媒体モデルは，圧力が飽和蒸気圧以下であることのみが初生の条件であり，空間的な初生点を予測できない．また，キャビテーション初生は非常に複雑であるため，重要な因子や因子間の相互作用等，詳細は解明されていないため，重要因子の解明とキャビテーションモデルの高精度化が必要である．令和4年度は，キャビテーション初生に関する重要因子の抽出のため，流路形状の異なる流れ場でのキャビテーション初生位置と初生キャビテーション数を数値計算により調査した．流路形状は縮小拡大流路とした．異なる境界層特性の流れ場で調査を行うため，入口と出口高さおよび喉部高さを一定として，円弧形状の縮小・拡大部の曲率半径を変更して調査した．これにより，均質媒体モデルを用いた場合でも，剥離点や乱れ度により，キャビテーション初生時の圧力が異なることを明らかにした．加えて，剥離点が下流側であるほど，キャビテーション初生位置もやや下流側に位置することを明らかにした．しかし，初生点は剥離点より上流側に位置し，剥離点近傍から発生するとされるシート状のキャビテーションの初生位置からは乖離することを確認した．機械学習および深層学習によるキャビテーション初生の影響因子抽出のためのデータベース作成に着手し，解析コードの作成を行った．また，数値計算結果の検証とキャビテーション流れの観察のための実験装置製作に着手した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
各年度の予算の都合上，令和4年度は数値計算を主に行うこととしたが，数値計算に必要な格子生成ソフトの納期が，開発元のシステム変更等により大幅に遅れたため，数値計算結果を用いたキャビテーション初生のデータベース作成に遅れが生じた．未納品の間は，機械学習および深層学習の解析コード作成と実験装置製作に着手した．また，実験の計測機器およびソフトの価格高騰により，その他機器の一部構成を変更し対応した．
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| 今後の研究の推進方策 |
数値計算結果を用いたキャビテーション初生のデータベースを完成させる．そのため，令和4年度に行った数値計算に引き続き，①気泡核の数密度とサイズ分布の異なる条件での調査，②2流体モデルによる気泡核周囲の流れの調査を行う．また，実験装置を完成させ，③境界層特性の異なる流れ場の詳細な調査，④キャビテーション初生の観察，⑤気泡核および溶存酸素量の影響の調査，⑥数値計算結果の検証，および⑦実験結果を用いたキャビテーション初生のデータベース作成を行う．加えて，初生の影響因子抽出の解析コードにより，⑧各因子と初生位置および圧力との相関関係を調査する．
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