Study on vortex cavitation flow in wall boundary layer

壁面边界层涡空化流研究

基本信息

批准号：
21K04942
负责人：
伊藤啓
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyoto 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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04942/
关键词：
キャビテーション液中渦壁面せん断応力数値解析

项目摘要

本研究は，液中渦キャビテーション現象を対象とした基礎実験および高精度・詳細数値解析を行うことにより，液中渦キャビテーションの発生に対して支配的であると考えられる壁面の境界層内部の流れ場構造を明らかにし，液中渦キャビテーションの発生条件を明らかにするものである．研究初年度である令和3年度は，基礎実験における感圧液晶（圧力変化による酸素分圧変化によって光の強さの変わる液晶）の検討を行うとともに，詳細数値解析における乱流モデルの検討を行った．令和4年度は，実際に液中渦キャビテーション現象に対して感圧液晶を用いた圧力計測を行う準備を進めるとともに，気液界面における安定・高精度解析法の検討を行った．感圧液晶を用いた圧力計測に関しては，液中渦キャビテーション現象の空間・時間スケールを考慮した上で，適切な高速度カメラの選定と購入を行い，適用性や計測精度に関する検討を行った．令和5年度は，実際に液中渦キャビテーション現象の計測を行い，これまで明らかにされていない，渦中心近傍の圧力分布についてデータを得る見通しである．一方，詳細数値解析に関しては，相変化を伴う現象の解析を実施したところ，気液界面近傍領域において数値不安定が発生した．気液界面近傍領域における解析安定性向上のためには，対流・拡散を計算する上で気液各相の物理量勾配を正確に計算することが重要であり，実際に圧縮性解析においては，WENO法やGhost Fluid法などの手法が頻繁に用いられている．本研究においては，界面近傍のセルにおいて，気液各相の物理量勾配を別個に計算する手法の開発を行い，基礎的な問題においては安定・高精度な解析が行えることを確認した．令和5年度においては，開発した手法を用いて相変化を伴う流れ場の解析を行い，手法の適用性検討を行うとともに，実際に液中渦キャビテーション現象の数値解析に適用する予定である．

本研究针对潜涡空化现象进行了基础实验和高精度、详细的数值分析，研究了被认为是潜涡空化发生的主导因素的壁面边界层内部的流动。本研究旨在阐明潜涡空化的场结构和发生条件。在研究的第一年2021财年，我们将在基础实验中研究压敏液晶（由于压力变化而导致氧分压变化，从而光强度发生变化的液晶），并在详细的数值分析中研究湍流模型。去了。 2020年度，我们准备使用压敏液晶实际测量液体中的涡流空化压力，并研究稳定且高精度的气液界面分析方法。对于使用压敏液晶进行压力测量，我们考虑到水下涡流空化现象的空间和时间尺度，选择并购买了合适的高速相机，并检查了其适用性和测量精度。 2020财年，我们将实际测量浸没涡空化现象，并计划获得涡中心附近压力分布的数据，但目前尚未明确。另一方面，对于详细的数值分析，当我们分析涉及相变的现象时，在气液界面附近的区域出现了数值不稳定。为了提高气液界面附近区域的分析稳定性，在计算对流和扩散等方法时，准确计算气液各相的物理量梯度非常重要。经常使用。在本研究中，我们开发了一种单独计算界面附近单元内各气液相物理量梯度的方法，并证实可以对基本问题进行稳定且高精度的分析。 2021年，我们计划使用开发的方法来分析相变流场，检验该方法的适用性，并将其实际应用于浸没涡空化现象的数值分析。