| 研究課題/領域番号 |
26420124
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
彭 國義 日本大学, 工学部, 教授 (90295527)
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| 研究分担者 |
清水 誠二 日本大学, 工学部, 教授 (80154293)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 混相流 / ウォータージェット / キャビテーション / 気泡流 / 可視化計測 / 数値シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
福島第一原発など廃炉に決まった原子炉の解体作業に水中構造物の切断工法が不可欠となるが，強力なアブレシブ・サスペンション・ジェット（以下，ASJ）を水中切断に用いた場合，ノズルからのスタンドオフ距離の増加に伴ってその加工能力が急激に衰えることが課題になっている。本研究では，水中ASJ の性能向上を図るために，鞘付きノズルを気泡流被覆水中ASJ を形成することを考案し，通気鞘付きノズルによる気泡流被覆水中ASJ の生成法の確立を目的とする。昨年度では，ノズルヘッドの構造を検討し，通気穴の形状と通気鞘部の長さを変更して2種類のノズルマウントを設計・加工し，気中および水中に噴射するASJの高速ビデオ観察を行った。画像解析および水中切断実験より以下のことが分かった。
(1)実験の範囲では鞘部長さが小さく，通気流量が大きければ気中と同程度の切断深さが実現できる。
(2)鞘出口近傍では噴流周囲に空気層が形成され，気層域は脈動する．
(3)ノズルに至る直線状管路部長さを大きくすることでASJの集束性が向上する。
また，通気鞘内に形成されるASJの内部構造を解析するため，フロント・トラキング法の数値計算コードを改良し，多数の気泡を含む液体噴流の数値シミュレーションを試みた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度研究計画として，(1)ASJ 用ノズルヘッドと通気鞘パイプの設計・製作，(2)水中ASJの振る舞いの高速ビデオカメラ観察，(3)理論・数値解析と三つを予定しました。可視化実験用ノズルヘッドの製作およびASJの高速ビデオ観察は予定通り行いましたが，(3)の理論・数値解析は，計算コードの改良に時間がかかり，予定よりやや遅れている。高速キャビテーション気泡流の場合，気泡の膨張・収縮が激しくなり，数値計算の時間ステップがとても小さいので，計算コードの効率を向上させる必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
フロント・トラキング法の数値計算コードを精査し，計算コードの効率を向上させ，数値計算の解像度と精度を最小限にして通気鞘による液体噴流のシミュレーションを行う。同時に，鞘パイプに形成された気泡流のボイド率分布とその時間的変化を可視化実験で考察し，通気鞘の空気供給法とその有効性を検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験用消耗品の一部は来年度に利用することに変更したため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度の残金(64,613円）は，来年度実験用消耗品の購入に利用する。
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