キャビテーション壊食の推定法の確立

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450372
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 加藤 洋治 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00010695)
• 研究分担者: 前田 正二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60219277) ; 小村 隆士 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10010894) ; 佐藤 徹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30282677) ; 宮田 秀明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70111474) ; 山口 一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20166622)
• キーワード: キャビテーション / 壊蝕 / エロージョン / 推定法 / 気泡崩壊圧 / シートキャビテーション / クラウドキャビテーション

研究概要

キャビテーション壊蝕は、キャビテーション現象の最終段階において、気膜状のシート・キャビティが無数の気泡に分裂し、それらが互いに干渉しつつ崩壊する際に発生する気泡崩壊衝撃圧により、機器材料が損傷を受ける現象である。従って、キャビテーション壊蝕の推定法を確立するにあたっては、発生するキャビティの総量を知り、シート・キャビティが気泡に分裂する現象の頻度を知り、分裂する気泡の大きさと個数と分布を知り、最後に、崩壊する気泡群の挙動と気泡崩壊衝撃圧の関係を知る必要がある。本研究においては、上記シナリオを解明するため、以下の調査・研究を行った。
発生するキャビティの総量については、シート・キャビティ界面での液体の蒸発量を知る必要がある。そこで、蒸発による熱的影響の大きく出る高温高圧水を用いてキャビティ内の温度計測を行い、蒸発量の推定法について研究した。また、高速度ビデオによりキャビティの全体挙動を解析し、常温水キャビティ(通常のキャビティ)の体積変動を求めるとともに、気泡群の放出周波数(頻度)も調査した。さらに、レーザーホログラフィ法を用いてキャビティ気泡群の3次元写真を撮影し、それを詳細に解析することにより、気泡群中の気泡の大きさと数と分布を計測・整理した。最後に、自作の衝撃圧センサにより、翼面上にて気泡崩壊衝撃圧を計測するとともに40,500fpsの高速度ビデオ撮影を行い、気泡群挙動と崩壊衝撃圧の関係を調べた。これらにより、当初目的の研究が完了した。

研究成果

• [文献書誌] 金野祥久, 加藤洋治, 他: "キャビテーション壊食量の推定法 (第2報:気泡群崩壊による衝撃力頻度分布計測の信頼性評価)" 日本造船学会論文集. 184号. 15-26 (1998)
• [文献書誌] 多賀谷義典, 加藤洋治, 他: "シートキャビテーションに対する熱的影響に関する研究, ターボ機械" ターボ機械. Vol.26. 513-521 (1998)
• [文献書誌] 川並康剛, 加藤洋治, 他: "キャビティ内の気泡分布について" 第9回キャビテーションに関するシンポジウム講演論文集. 131-134 (1997)
• [文献書誌] 多賀谷義典, 加藤洋治, 他: "キャビティ内温度降下量の計測" 第9回キャビテーションに関するシンポジウム講演論文集. 83-86 (1997)
• [文献書誌] Y.Kawanami, H.Kato, et al.: "Three-Dimensional Characteristics of the Cavities Formed on a Two-Dimensional Hydrofoil" Proc.3rd Int.Symp.on Cavitation, Grenoble. Vol.1. 191-196 (1998)
• [文献書誌] Hiroharu Kato: "Complex Structure on Sheet-Cloud Cavitation" Proc.8rd Intern.Conf.on Pumps and Fans, Tsinghua University, Beijing. 1-12 (1998)