シート・キャビティ後流の気泡群の計測

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650899
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 前田 正二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60219277)
• 研究分担者: 小村 隆士 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10010894) ; 山口 一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20166622) ; 加藤 洋治 東洋大学, 工学部, 教授 (00010695)
• キーワード: クラウドキャビテーション / シートキャビテーション / 翼型 / レーザーホログラフィ法 / キャビテーション気泡 / キャビテーション気泡群 / 気泡計測 / re-entrant jet

研究概要

1.前年度に引き続き、レーザーホログラフィ法を用いて翼型に発生するクラウドキャビテーション内の気泡分布を計測した。前年度は半径10μm以上の気泡を計測したため、1個のクラウド内の気泡分布を計測するだけで3ヶ月も要した。そのため本年度は、影響が大きいと思われる半径35μm以上の気泡に的を絞り、3種のキャビテーション数、3種の翼弦位置で、計8個のクラウドキャビテーションを計測した。その結果、「クラウド内の気泡は、クラウド中心部に存在するU字型の渦キャビティ周辺、特に後流付近に多く存在する。半径の大きい気泡ほど、その傾向が強い。これは、渦キャビティが崩壊する時に微小な気泡に分裂する、つまり、渦キャビティが気泡の放出源になっているからと考えられる。また、翼面付近も気泡が多い。これは、翼面付近の方が周囲圧力が低いからと考えられる。」、「半径35μm以上の大きな気泡の数密度は、ほぼ気泡半径の-5.1乗に比例する。これにより、気泡数密度と気泡半径の関係の実験式を作成した」という成果を得た。
2.シートキャビティが崩壊して気泡群に分裂し、クラウドキャビテーションとなる原因は、re-entrant jetである。このre-entrant jetの特性について、詳しく計測した。透明なアクリル翼を用いた翼腹面からの高速度ビデオ撮影(撮影速度は9000fpsと4500fps)の画像解析により、re-entrant jetの速度と位置、及びその時のシートキャビティの長さとの関係を求めた。また、翼面に貼り付けた熱線相関流速計によりre-entrant jetの速度を電気的に計測し、画像解析による結果の信頼性を確かめた。その結果、re-entrant jetはキャビティ振動の様々な局面で発生し、結果として振動周期が一定になるような出方をすることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] H.Kato, H.Yamaguchi, et al.: "Laser Holographic Observation of Cavitation Cloud on a Foil Section"J. Visualization, The Visualization Society of Japan and Ohmsha, Ltd.. Vol.2. 37-50 (1999)
• [文献書誌] 豊田真,山口一,加藤洋治: "バブルキャビテーション時の翼型性能推定"日本造船学会論文集. 第186号. 59-64 (1999)
• [文献書誌] 豊田真,山口一,加藤洋治: "スーパーキャビテーション翼型のシリーズ設計"日本造船学会論文集. 第186号. 65-72 (1999)
• [文献書誌] Y.Kawanami, H.Kato, et al.: "Evaporation Rate at Sheet Cavity Interface"Proc. 3rd Int. Symp. on Cavitation, Grenoble, 1998. Vol.1. 221-226 (1998)
• [文献書誌] Hiroharu Kato: "Research on Cavitation Mechanism by High-Speed Video and Holographic Observations"Proc. 8th Intern. Symp. on Flow Visualization, Solent, Italy, 1998. 1-1-1-11 (1998)
• [文献書誌] A.Konno, H.Kato, et al.: "Observation of Cavitation Bubble Collapse by High-speed Video"Proceedings of the Fifth Asian Symposium on Visualization (1998), March 8-11 1999, Bedugul Bali, Indonesia. 134-139 (1999)
• [文献書誌] H.Yamaguchi, H.Kato, et al.: "High Performance Foil Sections with Delayed Cavitation Inception"Proc. Intern. Symp. Cavitation Inception, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng. Conf., ASME, San Francisco, USA. 1-11 (1999)
• [文献書誌] Y.Tagaya, H.Kato, et al.: "Thermodynamic Effect on a Sheet Cavitation"Proc.Cavitation and Multiphase Flow Forum, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng. Conf., ASME, San Francisco, USA. 1-6 (1999)
• [文献書誌] 前田正二,山口一,他: "プロペラのTip Vortex CavitationのBursting現象"第10回キャビテーションに関するシンポジウム講演論文集,福井. 161-164 (1999)