水蒸気を直接の駆動源とする船舶推進装置の性能向上に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450077
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 蔦原 道久 神戸大学, 自然科学研究科, 教授 (10031139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 雅彦 奈良工業高等専門学校, 助教授 (00225822) ; 片岡 武 神戸大学, 自然科学研究科, 助手 (20273758) ; 小川 和彦 神戸大学, 工学部, 助教授 (30252802)
• Keywords: 船舶推進装置 / ノズル内流れ / 非定常流れ / 気液混相流 / 流れの可視化

Research Abstract

本年度、高速度カメラによりノズル内流れを観測し、これまで考えていた気泡と水が混合した流れではなく、気相と液層が分離した流れであり、高圧空気の噴出部下流の気液界面に大きな振幅をもつ波が現れる。この波の頂部がノズル上面に近付くことにより空気の流路が遮断され、その上流部の圧力が増加し、水を下流へと加速する構造が明らかとなった。この流れの条件は、圧力の上昇のタイミングが早すぎる事によるが、運転条件の適正化に対する指針が得られた。もっとも極端な場合として、高圧空気を断続的に噴出する方法であるが、この場合ノズルの推力自体は連続的に噴出する場合よりも小さいが、空気の噴出時間をベースに換算し直すと、その推力が増加することがわかった。
数値シミュレーションにおいては、2種類の粒子を用いた差分格子ボルツマンモデルにより、ノズル内2相流れを計算した。その結果噴出した気相と液層の界面に、観測で得られた波動が生じ下流へと流れていくことが確認された。またノズル内の圧力変動は、この波動と連動しているようであるが、必ずしもそれらの相関はすべての場合に対して高くはない。この事実は実験的に検証が必要である。ただ波の形成に同期して、噴出気流の揺動がみられることなど、流れ場全体として定性的には実験結果と良い一致を示し、計算によるシミュレーションを注意深く調べることにより、ノズル内流れの知見を得ることが可能であることがわかった。
本年度ノズル内の圧力分布を計画していたが、実験室の改装があり実施が不可能になったので、来年度早々に実施する予定である。

Research Products

• [Publications] M.Tsutahara, K.Ogawa, M.Sakamoto他3名: "Simulation of flows in a semi-open-type nozzle for ship's propulsion equipment by the finite difference lattice Boltzmann method"Proceedings of third international workshop on ship hydrodynamics. (Accepted). (2003)
• [Publications] M.Tsutahara, K.Ogawa, M.Sakamoto, T.Matsui: "Nozzle flow of a ship propulsion equipment driven by high-pressure gas"Proceedings of FEDSM'03 : 4TH ASME_JSME JOINT FLUIDS ENGINEERING CONFERENCE. (Accepted). (2003)