数値流体力学的手法による非定常キャビテーションの計算法の開発

プロペラやポンプなどに発生する非定常キャビテーションの新しい数値予測方法を開発した。気泡群型モデルと総称される単一気泡の体積運動の支配方程式を拡張したモデルや、バロトロピーモデル等の平衡状態を仮定したモデルを全計算領域で使用することが一般的であるが、本研究では、気相体積比率が大きい翼面上のシートキャビティの領域においては、自由表面流れの数値解法を応用した方法である「シートキャビティモデル」を使用し、翼面から離れたクラウドキャビティに対しては従来の気泡群型モデルを適用するという、新しいハイブリッドモデルの開発を行った。新しいモデルと古いモデルの比較計算を3種類の翼型に対して行った結果、新しいモデルはシートキャビティの成長と崩壊の非定常挙動の再現性において従来モデルよりも優れていることが分かった。時間平均揚力および抗力といった統計量の予測における精度も大幅に向上することを示した。また、ピッチング振動する2次元翼と不均一流中で作動する舶用プロペラまわりのキャビテーション流れについて数値シミュレーションを行い、時間的に変動する圧力場におけるキャビテーションの挙動についても高精度で予測が可能なことを示した。さらに、計算結果の可視化によってキャビテーションの発生により翼面上の剥離泡の成長速度が大きくなるとともに、放出された渦に誘起された逆流によって急速に消滅するという現象の詳細が明らかになった。

プロペラやポンプなどに発生する非定常キャビテーションの新しい数値予測方法を開発した。気泡群型モデルと総称される単一気泡の体積運動の支配方程式を拡張したモデルや、バロトロピーモデル等の平衡状態を仮定したモデルを全計算領域で使用することが一般的であるが、本研究では、気相体積比率が大きい翼面上のシートキャビティの領域においては、自由表面流れの数値解法を応用した方法である「シートキャビティモデル」を使用し、翼面から離れたクラウドキャビティに対しては従来の気泡群型モデルを適用するという、新しいハイブリッドモデルの開発を行った。新しいモデルと古いモデルの比較計算を3種類の翼型に対して行った結果、新しいモデルはシートキャビティの成長と崩壊の非定常挙動の再現性において従来モデルよりも優れていることが分かった。時間平均揚力および抗力といった統計量の予測における精度も大幅に向上することを示した。また、ピッチング振動する2次元翼と不均一流中で作動する舶用プロペラまわりのキャビテーション流れについて数値シミュレーションを行い、時間的に変動する圧力場におけるキャビテーションの挙動についても高精度で予測が可能なことを示した。さらに、計算結果の可視化によってキャビテーションの発生により翼面上の剥離泡の成長速度が大きくなるとともに、放出された渦に誘起された逆流によって急速に消滅するという現象の詳細が明らかになった。