高ボイド率気泡流中における圧力波の伝播挙動に関する研究

高空隙气泡流中压力波传播行为研究

基本信息

批准号：
08750188
负责人：
亀田正治
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750188/
关键词：
気泡混相流キャビテーション衝撃波数値流体力学

项目摘要

著者はこれまでに、気泡を含む液体中における非線形圧力波(衝撃波)の非定常な伝播挙動を、衝撃波管を用いた実験的解析によって明らかにしてきた。それと同時に、気泡流中の圧力波伝播現象を正確に記述した数学的モデルを用いて数値解析を行い、実験結果との比較によってこの現象の本質に迫ってきた。これまでの研究結果から、1.気泡流中の波動伝播は気泡の膨張・収縮運動に支配されており、膨張・収縮運動にともなって生じる気泡内の非均一な温度場の影響を大きく受けること、2.液体中に分散する気泡の不均一な分布状況が衝撃波の内部構造に大きな影響を与えること、3.本研究で用いた気泡流波動伝播解析モデルを用いた数値解析結果は多くの実験結果と定量的に一致すること、を明らかにしている。これまでの研究成果を踏まえて本年度(平成8年度)は、液体中に存在する気泡の相互間距離が気泡直径のオーダーまで近接した状況下における圧力波の伝播挙動およびその中における気泡の変形挙動に関する実験及び数値解析を進めた。実験では、近接して存在する2個の気泡に対して正弦波圧力振動を加えて、2個の気泡の並進、膨張・収縮運動をとらえた。一方、数値解析では、気泡周囲の圧力場および気泡そのものの変形をとらえることが可能な直接数値計算コードを作成し、液体衝撃波管管内に2個の気泡がおかれた状態における衝撃波の伝播挙動をシミュレートした。実験より、2個の気泡が極近い位置に存在する場合、単一気泡の運動の様子とは異なる挙動を示すことがわかった。一方、数値解析結果より、衝撃波管管内における気泡の配置状況によって、圧力波の伝播挙動が大きく変化することがわかった。以上の実験および数値解析をさらに発展させることにより、高ボイド率気泡流中における圧力波の伝播挙動の物理を解明することが可能であるとの見通しを得た。

作者先前已经证明了通过使用冲击管的实验分析，在含有气泡的液体中非线性压力波（冲击波）的非稳态传播行为。同时，使用数学模型进行数值分析，该数学模型准确地描述了气泡流中压力波的传播，并通过将它们与实验结果进行比较，我们已经达到了这种现象的本质。先前研究的结果表明，气泡流动中的波传播由气泡的扩展和收缩运动主导，并且受气泡在气泡内的非均匀温度场的影响很大，由于膨胀和收缩运动的扩张和收缩运动，液体中液体分散量的不均匀分布对这种冲击波的内部结构进行了分析。定量与许多实验结果一致。考虑到先前研究的结果，今年（1996年），我们对压力波的繁殖行为进行了实验和数值分析，在这种情况下，液体中存在的气泡之间的相互距离接近气泡直径的顺序，以及其中air泡泡的变形行为。在实验中，正弦压振荡应用于两个气泡，这些气泡近距离接近，以捕获两个气泡的转化，膨胀和收缩运动。另一方面，在数值分析中，创建了直接的数值计算代码，该代码可以捕获气泡和气泡本身周围的压力场的变形，并在将两个气泡放置在液体冲击波管中时模拟了冲击波的传播行为。实验表明，当两个气泡在非常接近的位置存在时，它们的行为与单个气泡的运动不同。另一方面，数值分析结果表明，压力波的传播行为会根据冲击管中气泡的排列而发生巨大变化。通过进一步开发上述实验和数值分析，已经发现，可以阐明高空速率气泡流中压力波的传播行为的物理。