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原子炉の冷却用ポンプや汚水の生物化学的処理用ポンプなどにおいては、ポンプ内の流れが気液二相流状態となる場合がある。このような状況下におかれたポンプの静的および動的挙動に関する資料は、従来、極めて少ない。上記のような場合に対するポンプ系の安全解析や最適設計方法を確立する立場から、ポンプ内二相流の流動機構を解明することは工学上急務な課題である。
本研究は、主として斜流形および半径流形のうず巻ポンプを用いて、気液二相流時、特に気泡流時のポンプ内部における気泡の運動およびボイド率分布など、気液二相流動機構を解明し、さらに、ポンプ性能との関係などについても明らかにする目的をもって始められたものである。
この研究を通して得られた主要な成果は以下のように要約される。
(1)半径流形うず巻ポンプ内のキャビテーション気泡の挙動は、完全3次元有限要素法により求めた流れの場において、Rayleighの式と気泡の運動方程式とを連立させて解くことにより、キャビテーション発生領域を予測することができることを示した。
(2)斜流形うず巻ポンプの内部流れを3次元ポテンシャル流と仮定して解析する、完全3次元有限要素法に基づくプログラムを開発することができた。得られた流れの場における単一気泡の運動を目下計算中である。
(3)境界条件が上記の斜流形うず巻ポンプに比べて比較的簡単な半径流形うず巻ポンプに対して、気泡流の運動方程式を有限要素法により直接解析する方法を検討してきたが、そのプログラム作成が終り、目下、計算中である。この方法によって、羽根車内のボイド率分布や、流速分布の入口ボイド率による変化などを知ることができる。
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