Elucidation of the Relationship between Cavitation Dynamic Characteristics and Flow toward the Realization of an Innovative Fluid Transport System

阐明空化动态特性与流动之间的关系，以实现创新的流体传输系统

基本信息

批准号：
22K03905
负责人：
堀口祐憲
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03905/
关键词：
キャビテーション動特性単独翼インデューサターボ機械

项目摘要

流体輸送システムでは、その中核を担うターボポンプやハイドロタービンで生じたキャビテーションにより、キャビテーションサージと呼ばれる激しい流量変動が生じる場合がある。この発生には、圧力変動や流量変動に対するキャビティ体積の変化率、すなわちキャビテーションの動特性が強く影響する。このため、キャビテーションの動特性の解明と理解が、信頼性の高い流体輸送システムの実現のために必要とされている。そこで、本研究では、キャビテーションの動特性を体系的に理解することを大目標に定め、例としてロケット用ターボポンプインデューサを取り上げ、（１）ターボ機械の適用範囲の拡大を目指した、幅広い流量範囲における動特性の系統的解明、（２）動特性の設計への活用に向けた、動特性と流れの関係の解明、及び（３）流体輸送システムの安定性判別法の確立のための、キャビテーションサージの発生条件式の検証に取り組んでいる。２０２２年度の研究では、単独翼に生じる翼端漏れ渦キャビティを詳細に観察し、流量変動を模擬した迎え角変動の周波数の増加に伴って、キャビティの変動の位相遅れが90度に漸近することを明らかにした。他方、キャビティが無い場合の翼端流れ場のPIVによる観察から、翼端漏れ流れが迎え角の変動に対して位相遅れ無く応答することがわかった。これらの結果から、翼端漏れ渦キャビテーションの応答性は、キャビティに大きく影響を受けていることが明らかになった。また、キャビテーション不安定現象が発生するストレートケーシングと発生しない周方向溝付きケーシングの動特性を、キャビテーションサージの発生条件として提案された式に代入して流れ場の安定性を調べると、周方向溝付きケーシングの場合に安定性が向上していることを確認できた。これより、キャビテーションサージの発生条件式により、定性的に流れ場の安定性を把握し得ることが明らかになった。

在流体传输系统中，在核心中发挥作用的涡轮泵或水力驱动液产生的空化可能会引起严重的流动波动，称为空气潮。由于压力波动和流动波动，即空化的动态特征，这种情况受腔体积变化速率的强烈影响。因此，对于实现可靠的流体运输系统的实现，阐明和理解空化的动态特征是必要的。因此，这项研究设定了系统地理解气烟的动态特征的主要目标，并以火箭涡轮泵的诱导剂为例，并正在努力（1）系统地阐明动态特征，以在广泛的流速中，目的是扩大涡轮机械性能和流动性的范围（2）在范围内的范围（2）在范围内进行动态（2），（2）在设计方面进行了验证（2）空化激增的表达产生，以建立一种确定流体传输系统稳定性的方法。一项2022年的研究详细观察到了在单翼中发生的机翼泄漏涡流腔，并揭示了随着攻击角度变化的频率模拟流速波动，腔体波动的相位延迟渐近波动至90度。另一方面，在没有腔的情况下，使用PIV对机翼尖端流场进行观察表明，机翼尖端泄漏流量响应而没有相位延迟的攻击角度变化。这些结果表明，机翼泄漏涡流空化的反应性受到腔体的很大影响。此外，通过取代发生空气不稳定性的直内壳的动态特性，并以空气浪振兴形式出现的圆周凹槽壳，检查了流场的稳定性，并确认了圆周凹槽壳的稳定性。这表明流动场的稳定性可以通过气振浪涌产生的条件方程来定性地掌握。