高速極低温流体中に発生するキャビテーション気泡流の数値解析コード構築に関する研究

高速低温流体空化气泡流数值分析程序构建研究

• 批准号: 14750720
• 负责人: 伊藤 優
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750720/
• 关键词: キャビテーション; 低温; 数値解析; 相変化; 気泡径分布; 可視化実験

LE-7Aロケットエンジンの開発で問題となったターボポンプのキャビテーションの発生と影響の厳密な予測は現在の技術では非常に困難である.今後の高性能化・高効率化を達成するには高速低温流体中キャビテーションの数値解析コードが有効となる.著者が開発した液体窒素の先細末広ノズル中のキャビテーション気泡流コードをベースに,相変化の熱力学モデルを改良し,3次元複雑キャビテーション場の解析用に気泡径分布モデルを新たに導入したコードを開発した.キャビテーション流では個々の気泡の蒸発・凝縮量を含めた成長・収縮の正確な計算が極めて重要となる.それが気相割合=ボイド率の分布を決定し,ボイド率分布が流れ場の性質を決定するからである.気泡成長・収縮モデルには一般に慣性力支配モデルと伝熱支配モデルがある.本研究では両モデルを含めて検討した結果,翼周りのキャビテーション流では,気泡は場所により圧力が変化する流れ場中を移動するため,一般に振動状態である.ゆえに温度境界層厚さも変動し,単純な慣性力支配モデルや伝熱支配モデルでは正確な計算が困難であることが判明した.そこで慣性力による気泡の振動運動とそれに伴う温度境界層内の温度分布の時間変化を考慮した厳密な数値計算を行い蒸発・凝縮量を計算した.3次元複雑キャビテーション場の解析には,計算負荷が軽く,循環流れを考慮し同一空間内に時間履歴やサイズの異なる気泡の混在を取扱う必要がある.そこで従来のラグランジェモデルの長所であるサイズの異なる気泡が混在できる点を維持しつつ,短所である計算負荷が大きい点を改良するため,気泡径分布モデルを採用した.本モデルを静止液体中および1次元ノズル流れにおいて検証し,妥当性を確認した.最後に,上下100Lの液体窒素流下水槽を構築し,翼周りに発生するキャビテーションを高速度ビデオで可視化する実験を行い,開発した計算コードの検証を行った.

The development of LE-7A is very difficult to predict and predict the impact of LE-7A on the development of LE-7A. In the future, high performance and high efficiency will be achieved in high speed and low temperature fluids. The first phase of the liquid phase is developed by improving the thermodynamic model of the phase transformation, and the third dimensional complex phase is developed by introducing the new phase of the liquid phase. It is very important to calculate the evaporation and shrinkage of the foam in the flow, including the growth and shrinkage. The distribution of flow rate is determined by phase separation. bubble growth, contraction, and general force control The results of this study include the following: the wing cycle, the pressure field, the flow field and the general vibration state. The temperature of the boundary layer varies, and the pure imaginary force dominates. The heat dominates. The correct calculation is difficult. The time variation of the temperature distribution in the boundary layer is taken into account in the calculation of the numerical value of the temperature distribution in the boundary layer. The calculation of the amount of evaporation and condensation is carried out in the analysis of the three-dimensional complex field. The calculation of the load is carried out in the calculation of the time variation of the bubble in the same space. The circulation of the ocean current is considered. The calculation load of the short station is increased, and the bubble diameter distribution is improved. This article is about the static liquid in the first dimension. Finally, the upper and lower 100L liquid flow tanks were constructed, and the wing circumference was developed. The high speed visualization was carried out, and the calculation was carried out.

项目成果

Numerical Simulation of Cavitating Flows on a Foil by Using Bubble Size Distribution Model

使用气泡尺寸分布模型对箔片上的空化流进行数值模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of the Asian Joint Conferences on Propulsion and Power 2004 084(CD-ROM)
• 作者: Yutaka ITO;Takao NAGASAKI
• 通讯作者: Takao NAGASAKI

高速低温流に発生するキャビテーションに関する数値解析

高速低温流动中空化现象的数值分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第41回日本伝熱シンポジウム2004 0133(CD-ROM)
• 作者: 伊藤 優;長崎 孝夫
• 通讯作者: 長崎 孝夫

Yutaka ITO, H.WAKAMATSU, T.NAGASAKI: "Numerical Simulation of Cavitating Flows on a Foil by using Bubble Size Distribution Model"Proceedings of Asia Joint Conference on Propulsion and Power. 266-277 (2003)

Yutaka ITO、H.WAKAMATSU、T.NAGASAKI：“使用气泡尺寸分布模型对箔片上的空化流进行数值模拟”亚洲推进与动力联合会议论文集。

Numerical Analysis on Cavitation in a Cryogenic High-Speed Flow

低温高速流空化的数值分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: Thermal Science and Engineering 12・4
• 作者: Yutaka ITO;Takao NAGASAKI
• 通讯作者: Takao NAGASAKI

Computational Simulation of Subcooled Cryogenic Cavitating Flow around a Turbo-Pump Inducer Foil by Using Bubble Size Distribution Model

使用气泡尺寸分布模型对涡轮泵导流箔周围的过冷低温空化流进行计算模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of 5th International Conference on Multiphase Flow 2004 229(CD-ROM)
• 作者: Yutaka ITO;Takao NAGASAKI
• 通讯作者: Takao NAGASAKI