| 研究概要 |
キャビテーション気泡が崩壊する際に生ずる高い衝撃圧力を利用するため,水中ウォータージェット装置などが開発され,幅広く応用されているが,数多くの微細気泡を含むキャビテーション流れの内部を直接観察することが難しく,キャビテーション流れの構造は未だ十分に解明されていない.本研究では,数値流体力学の手法を用いてキャビテーションを伴う水中ウォータージェットの構造を理論的に解明するため,高速キャビテーション流れの実用解法を考案し,気泡間および気泡・液体の相互作用を考慮した気液混合流の平均化方程式を定式化し,圧縮性混合流気泡キャビテーションモデルの簡略解法を構築した.その上,キャビテーション気泡の影響を考慮した乱流渦粘性の修正を取り入れ,高速キャビテーションジェット流れの実用解法を確立した.
本手法を洗浄などに利用されている高速水中ウォータージェットに適用し,ベンチューリノズルによる高レイノルズ数非定常キャビテーションジェットの数値シミュレーションを行った.その結果,キャビテーション数が0.1まで低下した場合,ノズル喉部背後壁面近傍の低圧領域でキャビテーションの初生が発生し,ジェット流れの発展にともなってキャビテーション気泡はジェット外縁のせん断渦に巻かれて下流へ放出することが分かった.発達したキャビテーションジェットは,キャビテーション気泡の影響で噴流速度の減衰が遅くなるが,ジェットノズルの質量流量係数が低減することを確認した.
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