2017 Fiscal Year Research-status Report
高圧高速空気噴流を併用した水中Water Jet用ノズルの開発
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16K06016
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
屋我 実 琉球大学, 工学部, 教授 (60220117)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | submerged water jet / high speed coaxial air / impingement plate / stagnation pressure |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高圧空気の噴流をウォータージェットの周りを囲むように、噴射させ水中での性能維持についての実験を行った。本研究の大きな着目点の一つは、通常大気中での使用を前提としているウォータージェットを水中で使用することを目的とし、大気における流れ場を水中で再現することである。そのため、特別なノズルを設計し実験を行った。
実験は150気圧の水を直径1ミリメートルの穴から水中に噴射し、その性能の目安となる衝突平板上の圧力を中心軸上で測定した。測定の際にはノズルの中心と測定位置がずれないようにガイドを備えた衝突平板を用いて、ノズル出口と平板の距離も変えて、ノズル中心におけるよどみ点圧力を測定した。一方、水中での性能維持の確認のため、大気中における同様に測定も行った。したがって、水中と大気中におけるよどみ点圧力を比較することで明確に、本研究で設計したノズルの性能が確認できるシステムを構築した。
測定の結果、水中、大気中いずれの場合もノズルと衝突平板の距離が大きくなるとよどみ点圧力は低下することが確認できた。これは通常の噴流特性である。
さらに水中で水のみ噴射する場合に比べて、その周りに空気を噴射した場合は圧力の低下は、かなり小さくすることができた。。さらに大気中で噴射した場合に比較しても、よどみ圧力は改善していることが確認できた。すなわちノズルよどみ点における圧力と平板でのよどみ点圧力の比、いわゆる圧力回復率は、同軸空気を噴射することで明確に増加することが確認できた。さらに水中において噴射された同軸空気は、その中心から噴射されたウォータージェットの安定化に寄与している可能性が明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで、提案した流れ場を実現するためのノズルの設計と製作は終えて、より精度の高い測定系を構築してきている。また測定ノウハウもすでに習得済みでそれに付随する高圧ポンプや高圧力測定用センサー、高圧ホースはすでに設置している。また、約130気圧の水圧は容易に実現し、測定における操作も極めて安定した状況で実験を行っている。
したがって、これまで提案し想定してきた実験環境は整いつつあり、実験結果のより詳細な解析や考察が必要であると考えている。
特に今年度取得した実験結果は極めて有用性のある結果で、これまで提案してきた水中において、大気中に匹敵するウォータージェットの減衰でその性能を維持するという最も大きな目的は達成されたと確信している。その理由の一つに水中における空気噴流が水中ウォータージェットの安定化に寄与する可能性も確認できた。
ただし、これまで行ってきた実験はパラメータが少なく、可視化も空気の泡が流れ場周りの多く発生し、目視では確認できないことから、その明確な可視化とシミュレーションによる確認が今後の課題となると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は、水中でのウォータージェットの性能維持が大きな目的である。これはこれまでの実験で圧力を測定することにより、ある程度確認できた。しかし、水中での性能をよりよくするための条件を探索し、パラメータを組み合わせて最適な条件を見つけることは非常に重要と思われる。したがって本年度は最終年度でることも考慮して、これまで構築してきた測定装置を活用し、空気噴流の圧力と水を供給する水圧を変更させて実験を行うことを大きな目標して、研究を行う。
また数値シミュレーションの活用し、実験的に測定できない流れ場や流れの様子を詳細に調べることも計画している。さらに、可視化の一つとして水中に噴射する水に染料を混入することで、水中におけるウォータージェットのふるまいも確認する。さらに、高圧空気噴流は大気中に噴射すると膨張し通常の流れと異なる流れとなることから、その空気単独の流れの観察も行い、より詳細で正確な考察にするための検討材料を増やすことも考えている。
さらに直接的な性能評価方法として、実際にウォータージェットの現場で使用されている材料を水中に沈め、直接ウォータージェットを噴射し、表面を観察することも検討している。
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| Causes of Carryover |
本研究テーマの発表の機会の一つである国際学会が、ちょうど当該年度に沖縄で開催されたため、特に外国に出張することもなく実現できたことで旅費の支出が抑制されたことが理由の一つである。
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