| 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 – 2018-03-31
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| キーワード | ウォータージェット / 混相流 / 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など水中構造物の切断に用いられる 高性能水中ASJの開発を目標として，本研究は，気泡流被覆水中ASJ の生成手法を確立し，流れの構造解析および水中切断実験によって鞘付きノズルの寸法と使用条件を検討し，水中ASJノズルシステムの研究を行った．昨年度では，前年度の研究に引き続き，（１）異なる通気流量での気泡流被覆水中ウォータージェットの速度のPIV計測を行い，ジェット中心コア速度の減衰および速度プロファイルの変化を調べた．（２）圧縮性混合流解法を用いた数値シミュレーションを行い，PIVおよび高速度ビデオカメラ観察の結果と比較して，気泡流被覆水中ウォータージェットの流れ構造を考察した．（３）切断実験用多関節ロボットに装着してASJによる水中切断実験を行い，噴射圧力および通気流量が異なる場合のASJ の水中切断能力を調べた。実験および数値解析により下記の知見を得た。
（１）通気鞘ノズルを用いて形成される気泡流被覆水中ウォータージェットの中心軸コア速度の減衰はより遅く，ジェット運動エネルギーを保つコア領域は有効に拡張することが検証された。ただし，通気の影響によってノズル出口噴流速度は若干低下する傾向が示され，ウォータージェットの加工能力を確保するため，通気流量の調整が必要がある。
（２）高速ビデオカメラ観察から，通気によって水中ウォータージェットまわりに形成される連続的気層流域の長さは，鞘内キャビティ圧で定義されたキャビテーション数σ_cによって変化することが分かった。σ_c = 0.0005程度の場合，連続的気層域長さは20～30 mm程度であると推定され，気泡流被覆水中ASJを用いて気中ASJと同程度の相対切断深さが得られる。
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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）気泡流被覆水中ウォータージェットの速度分布のPIV計測，（２）気泡流被覆水中ウォータージェット流れ構造の解析，（３）異なる噴流条件での水中ASJ切断実験，（４）水中ASJの最適使用条件の検討と四つの内容を予定し，ほぼ予定通り実行した。ただし，水中ASJの最適使用条件については，鞘付きノズルの特性に大いに依存ので，水中ASJの脈動特性を解明してからその利用条件に合わせて検討することにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
鞘付きノズルを用いて鞘内に気泡流被覆ジェットを形成することによって加工対象物に到着するまでジェット噴射速度を一定のレベルに保ち，非通気の場合よりその加工能力が大幅に向上することが検証された。しかし，通気鞘内に形成される気泡クラウドの周期的な伸縮に伴って気泡流被覆水中ウォータージェットは強い脈動を示し，水中ASJ の加工性能への影響が課題となり，鞘内気泡流構造の解明と通気鞘構造の最適化を行うことが必要である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初参加する予定の学会(日本ウォータージェット技術報告会）は平成29年2月から平成29年5月に延期され，当該学会で発表する論文をさらに修正してジャーナルに投稿する予定である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
上記学会(日本ウォータージェット技術報告会）に参加し，研究発表を行うので，主にその旅費に利用する。残りは，学会参加費および研究論文投稿料に当てる予定である。
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