キャビテーションが生じる状況下の物体表面損傷に関する予測法の創出

创建空化发生条件下物体表面损伤的预测方法

基本信息

批准号：
21K04512
负责人：
川島久宜
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

キャビテーションをともなう流れでは，気泡の崩壊により物体表面に損傷を与えることが広く知られており，これまでキャビテーションの崩壊にともなう衝撃力計測など様々な研究が報告されている．小型船舶の船外機では，プロペラの腐食抑制を目的として塗装が施されている場合がある．しかし，船舶の使用状況により，表面に塗布された塗装の剥離や損傷が確認されている．これらの要因として，キャビテーションエロージョンであることが推測されるが，プロペラから生じるキャビテーションが直接的な原因とは断定されていない．また，この塗装の損傷が発現するまでの時間，損傷程度などを推定するには至っていない．本研究は小型回流水槽を用いたモデル実験により，塗装を施した縮流モデルをキャビテーション状況下に曝し，塗装の損傷とキャビテーションの因果関係を明らかにし，塗装損傷の推定法を得ることを目的とする．実験では，流速を変化させた場合の塗装の損傷位置，面積，また損傷に要する経過時間を調べる．また，各流速条件について流れの高速度カメラを用いたキャビテーションの発現から崩壊に至る挙動について可視化を行い，崩壊位置と塗装の剥離位置の関係を得る．さらにモデル表面にはたらく力を実験的に調べ，実験事実に基づく知見を構築する．実験結果の詳細を調べるため，OpenFoamを用いた数値シミュレーションを行い，実験結果と対比することで数値モデルの検証および塗装損傷に関する推定法を見出すことをあわせて目的とする．これらの複合的な知見を基に，キャビテーションによる物体表面損傷の推定法を得ることを狙う．

众所周知，伴随空化的流动会因气泡的破裂而对物体表面造成损害，并且迄今为止已经报道了各种研究，例如测量与空化破裂相关的冲击力。小船的舷外发动机有时会涂上油漆，以防止螺旋桨腐蚀。然而，由于船舶的使用条件，已确认表面涂装的油漆剥落和损坏。怀疑空蚀是造成这些问题的原因，但尚未确定螺旋桨产生的空蚀是直接原因。此外，目前还无法估计油漆损坏发生所需的时间或损坏的程度。本研究的目的是通过使用小型循环水箱的模型实验将油漆收缩流模型暴露于空化条件下，以阐明油漆损坏与空化之间的因果关系，并获得估计油漆损坏的方法。在实验中，我们研究了当流速变化时油漆损坏的位置和面积以及发生损坏所需的时间。我们还使用高速流量相机对每种流速条件下从空化开始到崩溃的行为进行可视化，并获得了崩溃位置和油漆剥落位置之间的关系。此外，我们将通过实验研究作用在模型表面上的力，并根据实验事实建立知识。为了研究实验结果的细节，我们使用OpenFoam进行数值模拟，并通过将其与实验结果进行比较，旨在验证数值模型并找到估计油漆损伤的方法。基于这些综合发现，我们的目标是开发一种估计空化引起的物体表面损伤的方法。