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2013 年度 実績報告書

固体壁近傍におけるキャビテーションの熱的効果に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 23360085
研究機関大阪大学

研究代表者

梶島 岳夫  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30185772)

研究分担者 竹内 伸太郎  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50372628)
大森 健史  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70467546)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワードキャビテーション / 気泡 / 乱流 / 気液界面 / 相変化 / 計算流体力学 / ラージエディシミュレーション / 翼
研究概要

固体壁近傍におけるキャビテーションのふるまいを解明するため,①界面での熱・物質移動を考慮しつつ運動を高精度に捕獲する手法,②相変化に対する厳密な境界条件を組み込む手法を開発し,③翼表面のキャビテーション乱流,②キャビテーションと固体壁の熱的相互作用の解析に適用することを目的とした.当初は4年計画であったが,新規に採択された基盤研究Bへの移行のため,未達事項の一部を新研究計画の中で継続的に検討する.
① 気液界面運動の捕獲については,物質移動をともなう移動界面の扱い,動的濡れ性を扱う方法を構築した他,分子動力学的方法によるモデルの検証を行った.熱移動に関しては,気液界面を直接的に扱っていないが,固体-流体境界の熱流束を扱うために新たに開発した方法は連続体レベルでは気液界面にも応用可能である.
② 気液界面での相変化については,分子論的に導出された相変化をともなう気液界面の境界条件を移動境界に組み込む作業を試みた.穏やかな凝縮問題に関しては工学的応用のレベルにも適用可能なVOF法との結合を考案した.非平衡性の強い界面については,界面近傍での非常に細かい格子解像度を必要としており,キャビテーション乱流への適用性の点では課題を残した.
③ 翼周りのキャビテーション乱流解析については,LESを導入することにより,壁面近傍の微細乱流渦を解像すれば揚力のブレイクダウン特性を再現できることを実証した.完全に空洞のシートキャビテーションが発生するケースは取り扱っていないが,空洞内の蒸気相の流れの運動量も考慮し,①で開発した手法を組み合わせれば可能という見通しをもっている.
④ キャビテーションと固体壁との熱的相互作用(当初は最終年度の目標)については,未達のまま本研究課題を切り上げることになったが,その要素技術である相境界を通しての熱流束評価法は①で概ね完成していると考えている.

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Heat transfer and particle behaviours in dispersed two-phase flow with different heat conductivities for liquid and solid2014

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Tsutsumi, Shintaro Takeuchi, Takeo Kajishima
    • 雑誌名

      Flow, Turbulence and Combustion

      巻: 92 ページ: 103-119

    • DOI

      10.1007/s10494-013-9498-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粒子流・気泡流の数値計算2013

    • 著者名/発表者名
      梶島岳夫, 竹内伸太郎, 大森健史
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 32 ページ: 227-232

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 直交格子を用いた対流熱伝達計算における物体境界近傍の直接離散化法2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤範和, 梶島岳夫, 竹内伸太郎, 稲垣昌英, 堀之内成明
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 79 ページ: 605-621

    • DOI

      10.1299/kikaib.79.1219

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of temperature gradient within a solid particle on the rotation and oscillation modes in soliddispersed two-phase flows2013

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takeuchi, Takaaki Tsutsumi, Takeo Kajishima
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Fluid Flow

      巻: 43 ページ: 15-25

    • DOI

      10.1016/j.ijheatfluidflow.2013.05.013

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of interface capturing method for dissolving bubbly flow

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kawamoto, Takeshi Omori, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow 2013
    • 発表場所
      Jeju, Korea
  • [学会発表] Numerical investigation of droplet motions on heterogeneous surfaces

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Ochiai, Takeshi Omori, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      International Conference on Multiphase Flow 2013
    • 発表場所
      Jeju, Korea
  • [学会発表] Numerical method of moving interface accompanied with evaporation using boundary conditions based on molecular gas dynamics

    • 著者名/発表者名
      Kyohei Izumi, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      4th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow
    • 発表場所
      Hong Kong
  • [学会発表] Large eddy simulation of turbulent cavitating flowaround a hydrofoil

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Oshio, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      4th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow
    • 発表場所
      Hong Kong
  • [学会発表] One-equation subgrid scale model for large eddy simulation of weakly compressible flow

    • 著者名/発表者名
      Changhwa Han, Takeo Kajishima
    • 学会等名
      8th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 発表場所
      Poitiers、France
  • [学会発表] 固気液三重線を含む流れの流体力学的記述に関する分子動力学的考察

    • 著者名/発表者名
      日角友香, 大森健史, 西田翔吾, 山口康隆, 梶島岳夫
    • 学会等名
      日本流体力学会年会
    • 発表場所
      東京
  • [学会発表] 1方程式型ダイナミックSGSモデルを用いた翼周りのキャビテーション乱流に対するLES

    • 著者名/発表者名
      大塩哲哉, 梶島岳夫
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      福岡
  • [学会発表] 動的濡れを伴う液滴内の流れと固気液三重線近傍の応力分布に関する分子動力学的考察

    • 著者名/発表者名
      日角友香, 大森健史, 西田翔吾, 山口康隆, 梶島岳夫
    • 学会等名
      第27回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
  • [学会発表] LES を用いたClark-Y11.7%翼周りのキャビテーション乱流に対する非定常解析

    • 著者名/発表者名
      大塩哲哉, 梶島岳夫
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第89期定時総会講演会
    • 発表場所
      堺

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公開日: 2015-05-28  

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