ウォータージェットの切削性能とノズル内壁面形状の関係

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本年度は,昨年度製作した8種類の直管部内壁面形状を有するストレートノズルを用いて,観察窓を有する大型圧力容器内で,1)キャビテーション気泡雲の観察ならびに2)砂岩試料の回転切削試験を行った.なお,ノズル径は全て1.2mm,吐出圧力は98.1MPa,環境圧力は10MPaまであり,切削試験のスタンドオフディスタンスはノズル径の10倍である.また,直観部の内壁面は,1)キリ加工,2)鏡面加工,3)放電加工,4)同じ断面積の楕円孔(1.1:1.3),キリ加工したもので5)幅1mm,深さ0.1mmの円環状溝を有するもの,6)幅1mm,高さ0.1mmの円環状突部を有するもの,7)直径1mm,高さ0.1mmの突起を有するもの,8)直径1mm,深さ0.1mmの溝を有するものである.その結果得られた主な知見は以下の通りである.1)キャビテーション気泡雲の全長は,全てのノズルでキャビテーション係数とともに急激に小さくなるが,キリ加工,鏡面加工したものが最も長く,円環状突部を有するものが最も短かい.その他のノズルはこれらの中間に位置し,直観部の粗さが小さいほどキャビテーション気泡雲の全長が長くなる傾向があり,逆に流れの阻害部が大きいほどキャビテーション気泡雲の全長が短い.2)切削深さもキャビテーション係数とともに急激に小さくなるが,直観部表面が滑らかなほど切削深さは大きく,大きな突部を有するほど切削深さが小さい.直観部粗さの影響は,高い環境水圧で顕著である.3)切削体積も,切削深さと同様な傾向を示し,環境水圧が小さい場合はキリ加工と鏡面加工の性能がよい.ただし.環境水圧が大きくなると切削深さが小さくなるためにチッピングが生ずることが多く,ノズル性能の正確な評価が困難であった.4)砂岩の切削深さとキャビテーション気泡雲全長の関係はノズルによらずほぼ直線間系にある.切削試験におけるスタンドオフディスタンスを考慮すると,キャビテーション気泡雲全長のほぼ半分が有効な壊食領域である.5)砂岩の切削深さと第1キャビテーション気泡雲長の関係もノズルによらずほぼ直線間系にある.切削試験におけるスタンドオフディスタンスを考慮すると,有効な壊食領域はほぼ第1キャビテーション気泡運長にあたる.このことから,水中ウォータージェットに伴うキャビテーション気泡運の壊食能は一様ではなく,下流に進むにつれて壊食能が低下する.しかし,今後,自由噴流と衝突噴流におけるキャビテーション気泡雲の発生挙動の相違を明らかにする必要がある.