非平衡蒸発と並進運動を伴う気泡核のキャビテーション初生機構の理論と実験による解明

理论和实验阐明伴随非平衡蒸发和平移运动的气泡核空化萌生机制

• 批准号: 22K03911
• 负责人: 江頭 竜
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Fukuoka Institute of Technology
• 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-22K03911/
• 关键词: キャビテーション; 気泡; 並進運動; 非平衡蒸発; 管内流れ

本研究の目的は，高速乱流の水中（最大流速50m/s）で気泡核が水とは異なる速度で並進運動をしながら気泡壁面で非平衡蒸発が発生している状況において，気泡核がキャビテーション初生に至る機構と条件を理論と実験の両面から解明することである．初年度は，まず，気泡が並進運動する場合の最も単純な流れ場の形態である，直円管内の軸上の水流に単一気泡核を流したときの気泡の運動の理論解析と数値解析を一次元で行うことから始めた．水流の圧力分布は直円管内の圧力損失としてダルシー・ワイスバッハの式で与えた．本解析では，気泡の並進運動は，気泡に働く力として水の大域的な圧力勾配による力，水の粘性による抵抗力，付加質量による抵抗力，抗力を考慮した気泡の並進運動方程式を解いて解析した．また，気泡の成長は，気泡壁での非平衡蒸発・凝縮，熱伝導，並進減圧を考慮したRayleigh-Plessetの式を解いて解析した．その結果，気泡半径は最初加速度的に膨張し，その後ほぼ一定の速度で膨張すること，また，気泡の並進速度は水の流速が一定であるにも関わらず水とは異なる速度で徐々に増加することがわかった．次に，テーパ円管内の管軸上を水蒸気のみを含む単一球形気泡が非平衡蒸発を伴いながら膨張，並進運動する場合の解析を気泡力学に基づいて行い，その解析結果を直円管内の解析結果と比較した．解析では，管内流れを定常な準一次元流れとした．解析の結果，直円管の場合もテーパ円管の場合も，ある時刻で突然気泡の膨張速度が大きくなり，その後ほぼ一定速度で膨張を続けること，また，突然膨張速度が大きくなる時刻はテーパ円管の場合の方が直円管の場合よりも早くなることがわかった．

The purpose of this study is to investigate the evolution of bubble nuclei in turbulent water at high velocities (maximum velocity 50m/s). In the first year, the bubble moves forward, and the flow field is pure. In the first year, the bubble moves forward. The pressure distribution of water flow is related to the pressure loss in the straight tube. The analysis of the bubble's progressive motion takes into account the forces associated with the pressure and resistance of the water in a large area. The bubble growth, bubble wall non-equilibrium evaporation, condensation, thermal conduction, and pressure reduction are considered in the Rayleigh-Plesset equation. As a result, the bubble radius expands at an initial acceleration, and then expands at a constant velocity, and the bubble advances at a constant velocity, and the water velocity increases at a constant velocity. Second, the analysis results of water vapor on the axis of the tube are compared with those of a spherical bubble. Analytical flow in a pipe is steady and quasi-dimensional. The analysis results show that the expansion speed of the bubble is large when the tube is in the straight tube, and the expansion speed of the bubble is large when the tube is in the straight tube.

项目成果

テーパ円管内定常水流中での気泡核の膨張・収縮に与えるレイノルズ数の影響

锥形圆管内稳定水流雷诺数对气泡核膨胀和收缩的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryota Fukunaga;Shinichiro Nakao;Yoshiaki Miyazato;陣内 楓，江頭 竜，藤川俊秀，藤川重雄
• 通讯作者: 陣内 楓，江頭 竜，藤川俊秀，藤川重雄

非循環型キャビテーションタンネル内での気泡核成長実験と成長の動的閾値

非循环空化隧道中气泡成核生长实验及动态生长阈值

• 发表时间: 2022
• 作者: Keigo Matsuda;Kai Schneider;Thibault Oujia;Jacob R. West;Suhas S. Jain;Kazuki Maeda;藤川俊秀，江頭 竜，陣内 楓，藤川重雄
• 通讯作者: 藤川俊秀，江頭 竜，陣内 楓，藤川重雄

グリセリン中で有限時間張力にさらされた気泡核の動的キャビテーション閾値

甘油中有限时间张力下气泡核的动态空化阈值

• 发表时间: 2022
• 作者: Yawen Ren;Hironao Ogura;江頭 竜，藤川俊秀，陣内 楓，藤川重雄
• 通讯作者: 江頭 竜，藤川俊秀，陣内 楓，藤川重雄

定電流法によるベンチュリノズル内気泡流のボイド率測定に関する実験的研究

恒流法测量文丘里喷嘴气泡流空隙率的实验研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 郭 耀天;蒋 飛;辻 健;加藤 是威;Esteban Lionel;Seyyedi Mojtaba;Shulakova Valeriya;Pervukhina Marina;Lebedev Maxim;田代真樹，江頭竜
• 通讯作者: 田代真樹，江頭竜