非定常キャビテーション流れの数値解析法の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650180
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30185772)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 太田 貴士 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10273583) ; 辻本 公一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10243180)
• Keywords: キャビテーション / 数値シミュレーション / 翼列 / リエントラントジェット / 気液二相流 / 非定常流れ / 数値流体力学 / 相変化

Research Abstract

翼列のキャビテーション流れの解析は、微細な気泡の運動からマクロな非定常流動に至るまで、幅広い時空間スケールにおよぶ気液二相の非定常流れであるため、実験的にも理論的にも困難が多く、数値シミュレーションに大きな期待が寄せられている。そこで、本研究では、キャビテーションを伴う翼列の不安定流れの実用崩的な解析法の確立を試みている。本年度は、微視的な気泡力学ではなく巨視的なキャビテーション挙動を表現するモデルを構築するとともに、並列計算機を用いた翼列全周の三次元非定常解析を実施した。キャビテーション発生に関してはChenらの空洞発達モデルの改良し、実験結果の公表されているClark-Y翼まわりの流れ場に適用して、物理モデルとしての妥当性とともに数値的な安定性を検証した。数値解析法に関しては、液体の音速は気泡や気泡核を含むと低下するため、流れ場を低マッハ数圧縮流体として扱うため、非圧縮流れに対する楕円型方程式を拡張し、安定で保存性の良い差分法を構築した。さらに、大規模な三次元計算を実施のため、上述の数値計算スキームの高効率並列化を実施した。以上の方法を非定常キャビテーション流れに適用して次の知見を得た。まず、翼周りの二次元及び三次元解析の結果から、リエントラントジェットとクラウドキャビテーションの相互作用を示した。続いて、二次元翼列の解析を行い、流路間のキャビティの不均一性と伝播について解析した。また、回転羽根車の三次元解析の結果から、翼面のねじれと遠心力の影響による圧力勾配分布からリエントラントジェットの三次元的なふるまいを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 沖田浩平: "翼まわりの非定常キャビテーション流れの数値シミュレーション"日本機械学会論文集B編. 68・667(印刷中). (2002)
• [Publications] 沖田浩平: "Three-Dimensional Computation of Unsteady Cavitating Flow in a Cascade"Abstracts of 9th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Honolulu. 12 (2002)
• [Publications] 沖田浩平: "非定常キャビテーション流れの二次元数値シミュレーション"キャビテーションシンポジウム(東京)講演論文集. 137-140 (2001)
• [Publications] 沖田浩平: "翼まわりのキャビテーション流れの非定常解析"日本機械学会流体工学部門講演会(蔵王)講演概要集. 01・3. 30 (2001)