Study on vortex cavitation flow in wall boundary layer

本研究は，液中渦キャビテーション現象を対象とした基礎実験および高精度・詳細数値解析を行うことにより，液中渦キャビテーションの発生に対して支配的であると考えられる壁面の境界層内部の流れ場構造を明らかにし，液中渦キャビテーションの発生条件を明らかにするものである．研究初年度である令和3年度は，基礎実験における感圧液晶（圧力変化による酸素分圧変化によって光の強さの変わる液晶）の検討を行うとともに，詳細数値解析における乱流モデルの検討を行った．令和4年度は，実際に液中渦キャビテーション現象に対して感圧液晶を用いた圧力計測を行う準備を進めるとともに，気液界面における安定・高精度解析法の検討を行った．感圧液晶を用いた圧力計測に関しては，液中渦キャビテーション現象の空間・時間スケールを考慮した上で，適切な高速度カメラの選定と購入を行い，適用性や計測精度に関する検討を行った．令和5年度は，実際に液中渦キャビテーション現象の計測を行い，これまで明らかにされていない，渦中心近傍の圧力分布についてデータを得る見通しである．一方，詳細数値解析に関しては，相変化を伴う現象の解析を実施したところ，気液界面近傍領域において数値不安定が発生した．気液界面近傍領域における解析安定性向上のためには，対流・拡散を計算する上で気液各相の物理量勾配を正確に計算することが重要であり，実際に圧縮性解析においては，WENO法やGhost Fluid法などの手法が頻繁に用いられている．本研究においては，界面近傍のセルにおいて，気液各相の物理量勾配を別個に計算する手法の開発を行い，基礎的な問題においては安定・高精度な解析が行えることを確認した．令和5年度においては，開発した手法を用いて相変化を伴う流れ場の解析を行い，手法の適用性検討を行うとともに，実際に液中渦キャビテーション現象の数値解析に適用する予定である．

本研究は，液中渦キャビテーション現象を対象とした基礎実験および高精度・詳細数値解析を行うことにより，液中渦キャビテーションの発生に対して支配的であると考えられる壁面の境界層内部の流れ場構造を明らかにし，液中渦キャビテーションの発生条件を明らかにするものである．研究初年度である令和3年度は，基礎実験における感圧液晶（圧力変化による酸素分圧変化によって光の強さの変わる液晶）の検討を行うとともに，詳細数値解析における乱流モデルの検討を行った．令和4年度は，実際に液中渦キャビテーション現象に対して感圧液晶を用いた圧力計測を行う準備を進めるとともに，気液界面における安定・高精度解析法の検討を行った．感圧液晶を用いた圧力計測に関しては，液中渦キャビテーション現象の空間・時間スケールを考慮した上で，適切な高速度カメラの選定と購入を行い，適用性や計測精度に関する検討を行った．令和5年度は，実際に液中渦キャビテーション現象の計測を行い，これまで明らかにされていない，渦中心近傍の圧力分布についてデータを得る見通しである．一方，詳細数値解析に関しては，相変化を伴う現象の解析を実施したところ，気液界面近傍領域において数値不安定が発生した．気液界面近傍領域における解析安定性向上のためには，対流・拡散を計算する上で気液各相の物理量勾配を正確に計算することが重要であり，実際に圧縮性解析においては，WENO法やGhost Fluid法などの手法が頻繁に用いられている．本研究においては，界面近傍のセルにおいて，気液各相の物理量勾配を別個に計算する手法の開発を行い，基礎的な問題においては安定・高精度な解析が行えることを確認した．令和5年度においては，開発した手法を用いて相変化を伴う流れ場の解析を行い，手法の適用性検討を行うとともに，実際に液中渦キャビテーション現象の数値解析に適用する予定である．