公 称 開 度0cm
図2 ． 1ー36 （4 ／4 ）
2.1‑ 80
2 ）角型リップ
［ 飛 翔 流 の 形 状 ］
図2. 1 −37 は 図2 ． 1− エ9 のb に 示 す リ ッ プ 形 状 （ 実 機 ） に 対 す る 飛 翔 流 の 形 状 を。 一 連 の 公 称 開 度 に 対 し て 、 示 し て い る 。 算 出 方 法 及 び 条 件 値 は 切 り 上 げ リ ッ プ （ 実 機 ） の 場 合 と 同 一 で あ る （ 図9 ft説 明 参 照 ） 。 不 安 定 領 域 が 。 切 り 上 げ リ ッ プ に 比 較 し て 、 低 い開 度 位 置 に あ り 、 又 、 そ の 巾 が 狭 ま っ て い る こ と が 予 想 さ れ る 。 小 開 度 の 流 れ の 厚 さ は 切り 上 げ リ ッ プ に 比 較 し て 薄 い 。 実 機 試 験‑2 に お い て 。 コ ン ジ ッ ト リ ッ プ の 下 流 壁 面 に キ ャビ テ ー シ ョ ン エ ロ ー ジ ョ ン が 発 見 さ れ た （ 図2 . 1 −42 参 照 ） 。 模 型 試 験‑3 に お い て も 。 角 形 リ ッ プ 模 型 試 験 で 、 リ ッ プ の 先 端 を 剥 離 点 と す る キ ャ ビ テ ー シ ョ ン が 確 認 さ れ た
（ 試 験 番 号107 ） 。 キ ャ ビ テ ー シ ョ ン の 発 生 は 発 生 点 の 静 水 圧 に 左 右 さ れ 、 扉 体 の 開 度 が 静 水 圧 に 大 き く 影 響 す る 。 扉 体 開 度 の 影 響 は 剥 離 点 下 流 側 水 路 に お け る 扉 板 の か ぶ り 量 と 出
一 口 面 積 で あ る 。 二 つ の 量 は キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 発 生 点 に お け る 大 気 圧 の 影 響 や 押 し 込 み 圧 力‑
の 大 き さ を 左 右 す る 。 キ ャ ビ テ ー ショ ン が 発 生 す る 開 度 条 件 は 次 の3 項 目 で あ る 。 ① か ぶ り 量 が 、 下 流 側 の 大 気 圧 か ら キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 発 生 点 を 遮 蔽 す る の に 、 十 分 で あ る （ 下 限 値 ） 、 ② か ぶ り 量 が 、 下 流 の 摩 擦 損 出 に よ り 押 し 込 み 圧 力 が 発 生 す る ほ ど 、 大 き く な い
（ 上 限 値 ） 、 及 び 、 ③ 下 流 の 開 口 面 積 が 、 流 水 支 配 断 面 と な っ て 押 し 込 み 圧 力 が 発 生 す る ほど 、 小 さ く な い （ 下 限 値 ） 。 こ の 内 ① と ③ が 支 配 的 で あ る 。 模 型 実 験‑3 に お け る キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 発 生 開 度 （1 ＝150ram¨ 模 型 で ） は 公 称 開 度 に 換 算 し て‑5ciiiで あ る 。 他 の 実 験 開 度、 例 え ば‑3cin、 、 で は キ ャ ビ テ ー シ ョ ン は 発 生 し な か っ た と し て 、 上 述 の3 個 の 条 件 か ら、 実 機 に お け る キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 開 度 を 詰 め る と 、 公 称 開 度 で‑4cniか ら‑3cm の 聞 と の 結 論を 得 る 2． ゴ ム に 損 傷 が 発 生 し な か っ た の は こ の 開 度 で 流 れ が ゴ ム に 当 た っ て い な か っ たか ら で あ る 。
リ 32. 1 ‑ ! 35^55
八上は 雫 只 郡 に 於け る 平 や こ テ ーショ ン に つ い てつ 議 謡 てあ る 。コ ーT ぎ の キ ャビ テ ー ショ ン は 広ic 囲 の'>+I 厦 て 発 生 し て い こ 。2.
卜 肘
[ 飛翔流の不安定 領域]
図2. 1 −38 は図2. 1 −37 に示し た飛 翔流の不安定 領域を示 し ている。 算出の方 法と条件値は図2. 1 −2 9 と同じであ る。但し、a 心は、工 場製 作リップ であ るので、7mm
とし、 又、上流水頭は、 実機試験4こ合わせ、56iiiとし た。 グラフ に は実機試験‑2 の結果 をOx 方式 で示し た。判定に用い たデ ータは中央部 付近 のゴム取付 ボルト にセットした軸 方 向加速 度センサーの計測イ直であ る0 X が加速度レ ベル が高い状態を表し、 ○が低い状態 を 表す。開度O での加速度は一桁大きな 値を示し たが、止 水ゴムは熱 劣化現象を 呈する迄 に至 らな かっ た。若干の昇 温か起こっ てい たと考え られる が、 温度 を計測し てい なかった、
その原因は不安定 領域にお け る飛翔流の厚さ が薄かっ たことにある のではないかと 考えら れる。
図2. 1 −39 〜4 1 は模型 実験‑3 で用い た模型 につ いての不安定 領域を示す。図3 9 は1 ＝80mniでHd ＝60ni、図40 は1 ＝80ramでHd ＝40m 、図4 1 は1 ＝150nimでHd ＝40iiiの場
合を示す。上 流水頭Hd と リップ先端 からゴム押さ え迄 の距離1 以 外の 条件 は図3 8 と全 く同 様であ るので、こ れ等 の グラフに対 応する飛翔流の形状 は図2. 1 −37 がそのまま 適用 できる。 参考とし て同図 には1 の定義 と値も示した 。図3 9 〜4 1 には流 れの振動と ゴム 直撃についての 観察結果も 示した。 振動が存在している状 態をx 、 存在し ない状態を
○ で示し た。ゴム直撃は流れ がゴムを直撃し たりゴムに接し ている開 度をY で示し た。図3 9 の不安定 領域のx は不安定 現象を示す が（ 実験番号18 及び22 ）、安 定領域のx は、ゲ ート リップ先端が止水ゴム頭 の中心線イ寸近 にあ るので、リップ先端か らの間欠的 漏水によ る振動では ないかと考 えられる（ 実験番 号12）。 不安定 領域 ではゴム に若干の昇温か見ら れた。図40 にお ける不安定 領域のx も不安定現象を示すが（実験番号17 、20、21及び23 ）, 安定 領域のx は、 ゲートリップ 先端が止水ゴム頭 の横腹付近にあるので、こ れも リップ先 端か らの間欠的漏水による振動 ではないかと考え られる（ 実験番号15 ）。図4 1 の不安定 領域およ びそれに隣接するx は 不安定 現象を示し （ 実験 番号101 〜103 ）、安定 領域にある 左 側のx はキャビテ ーショ ン によ る振 動を示す（実験 番号107 ）。不安定領域のmm では ゴ ムに若 干の昇温か確認され た。 キャビテーショ ンはHd ニ60n でも 同じ 開度で確 認されて い るが、こ の開度 では流れがゴ ムに当 たらなかっ た。 しかし 流れがゴムに当 たる 様にゴ ム押さえの角部を削っ て試験したところ、人肌程度迄昇温し た（実験番号151及び152 ）。
以上 の模型 実験では熱 劣化 に迄至っ た例がない。 飛翔流の薄さと上 流水頭の低さが原因し2.
卜82
角I リ ップ
］ふ・ジvr ≫ ≪
9 9 友 S e n
公 称 開 度 −5 c m
公 称 開 度0cm
関 皿 −7 c T>
＼
公 称 開 度7cm
月 廬‑ ‑ 4 cm
公 称 開 度 一4 c m
＼
＼
公 称 開 度2cm
＼
n 奮 ・ −2 c n
HI ‑ 4 c la
公 称 開 度4cm
1 の 寸 法 （ 公 称 開 度2 c m# 照 ） 実 機 10 5mm
模 型 80mm 及 び15 0mm
2.卜83
図2. 工 一3 7
距躍％
S
−
−リ
a
〜
匈 ３ａ 9
e
心 J
‑38
30
2S
旧
S
10
‑20
釦
￡0
旧
9
旧
−20
m 流と ゴム押さえ の距麗(角型リッ プ) 実 嘘、1 =I05toi, H d =56ni
− −
j ・・●
乙 べ
………ノ ％●゛●丁●．f
確‑lg‑ie・囲−
り ．・ り
・ ♂
● − ● ㎜ ● ㎜
l j
−3a − 1 10』 1S
公称 屁度v 一 限 界距尨yb ・…・ 最短距麗a
図2 . エ ー3 8
飛翔流と ゴム押 さえの距離( 角型リップ) 膜型 、I ＝6a。 、H d ＝6aii
≠ . 4 ←ゝ
● . f
●≒・
へ ぺ
i● ゝ
●●｀●｀・−
｀●
. . ・ ノ
− B ふ し + f n
心 W ノ り り・ ｛ A り 斥 * 汽 J o 宇
―＼ ' I ・ ‑ *≪■ ・ : >
■−¶−■〃司−・■●●■
■皿・−■■
目 ｜ ‑I μla ¥
1 ・ ｜ 1 1
−30 ‑IR IB‑18 公 称 開 度y 一 限 界 距彪yb ■■‥ 最 短 距尨a
図2 . 1 −39
飛 坏. と コム押さ えの距尨( 角型リ ップ) 模型、1 ＝8am 、H d ＝4伽
÷ 〃
心
二
・ ‑S6/
￡4m
り μ. り 大 り 汽 和 ？こyTY
‥ ‥ ‥‥ − ・ゴ ーム ■直 ・輩‥
■■ j −■㎜■■■・ ■ ・− ¶¶ − ＝ r÷
‑30 ‑10
公称 開厦y 一 限界距瓦yt. ■… 愚 距麗a
図2 . 1‑4 0
2.卜 84
10
P55S!iS≪8iS; °'SS
距駄％
‑30
−42
飛 坦 流 と ゴ ム 押 さ え の 距 麗( 角 型 リ ッ プ) 才趣 、1 ＝i5aiM 、H d ＝4eni
ト ：
ペダノ
I W I 4 、 ● I ●−．．・．
角
／
‑・よ4〃m
゛ り り Å A ． X X W
木 ≪汽啼a ・、
゛' ゾ ' y . y . y
｀ ゴ.ム 直 一撃 . ‥・
‑】e 公称 開度y 一 限界距麗yb ・…・最短 距麗a
図2 . 1 −4 1
10
ていたと考え られるが。叉、2 次元模型の為に水 理的条件が 十分再現されていな かっ たこ とも考えざ るを得ない。
［ 遷移流 の不安定 領域］
切り上げリ ップ ではG 1 断面付 近の流れ は側部方向に傾 くこ とを述 べたが、角型リップ では、逆に。 中央寄り に傾く。図2 . 1 −33 に示した1 断面内 の仮想し たな がれ に 対する限界距 離yb 及び最短距離a は図3 2 に示 すG 1 内 の仮想流に 比較し て上方 に移動 していたが、断面の傾斜が1 断面の方向に変化すると下方向 に移動し、G 1 断面に一致 したとき に図3 2 と一致することは既に述べた。傾斜が更に変化し て中央方向 に傾 くと流 れの方向は更 に下 向き に変化 するので、最 短距離a のグラフ は更に下に移動する。 とこ ろ が飛翔距 離b は増加傾 向に転 ずるので、限 界距離yb は上 方向に移動する。坦P拡 ＿血央濃
れ ば ゴ ム を 直 撃 す る 可 大 き く な る 。 角 型 リ ッ プ の 飛 翔 流 の 厚 さ が 薄 い ので熱劣化が 起こらないことを述べたが、 それは遷移流には当 ては まらない。 遷移流の厚 さは、三次元流では常に薄いが、飛翔流との境 界では開度に応じ た厚さとなる ので、熱劣 化を起こ す条件が整う可能性があ る。不安定現象が残る開度は 切り上げリップ より 大き く なる傾向があ る。
2.卜85
[ 下降 流の キャビテ ーショ ン]
図2. 1 −4 2 は実 機試 験‑2 で確認さ れたキャビ テーショ ンエロ ージョ ンの範 囲を示す、
コン ジット の中央 部だけ でなく、コーナ部 の下降流 の領域にも広い 範囲に分布し ている。
中央断面における キャビテ ーショ ンについ ては、模型実 験‑3 の 結果を 用いた推論から、発 生 開度は‑4 〜‑3cm であ るとの 結論を得た'1 ．この中間の開 度‑3 .5cniを 近似的 にキャビテー ショ ン発生 開度と考 え、こ の値を 用いて、コーナ部に於け る キャビテ ーション の発生開度
うソ
,丁 ￣ こ二 二 ￣
H 上:
了1
＼
図2. 1 ー43
本 蹟 の^. 川 流 の 形 状 を 者 照 。
図2 . 1 −4 2
−3 5 m
Pk P‑3.5
Pv
2.1‑ 86
図2 . 工 一4 4
について論じる。図2, 1 −4 3 は同開度におけ る中央部 の水路断面 を示し 、H 上はコン ジ ットリップ 先端（ キャビテ ーショ ン発生点）におけ る有効 水頭、H 下はその点 から水路流出 口迄の有 効落差であ る。同図 には キャビ テーションエロ ―ジョンの範囲も示し た。ゴム押 さえの側面は範囲に含まれ ていないが、 材質的な要 因によるものと考 えられる（s u s 304
）。図2. 1 −4 4 は キャビテーション発生点の圧力Po と流速Vo の関係を表す。P1
、がキャビテ ーショ ン発生の臨 界圧力、Pv は飽和蒸気 圧、P‑3,5 は開度‑3. 5cnにおけ るPo 値を示す。 Pk 及びP‑3.5 は 中央部 におけ る値 であ る。こ れ等 の記 号を 用いれば。 キ ャビテーション係数Ki を次の式で表すことができる。
Pk ＝Ki
y Vv2 2g
十Pv ‥ ・・(32)
Vic はPk に対応する流速（図参照）、y は流水の単位体積の重量、g は重力加速度であ る。一方、PO 及び流速VO は次の式で表すことができる。p. は大気圧、Cc は縮流係
Po ＝YH 上一
VO ＝ 2g
y Vo^
十Pa
2g
‥ ‥(33)
Cc
十Pa
‥・・(34)
‥ ‥(35) 2g
H 上十H 下
数である。開度‑3.5cniで、 中央 断面に於い て、キャビテ ーショ ンが発生したとし ているの で、この時の諸々の量を添 え字‑3.5 で表し て式(33) に代 入すると次の関係が得られる。
P‑3.5 ニy H ＿3．5−
rV ＿3，ノ
゜−ナ部における キャビテー ショ ン開度の検討目的を定性的なものに限定し て、 切り上げ リップ のG l 断面に関する図2. 1‑34 におい て導入した様な、2 次元の仮想 流を考 え る。コン ジット底面の傾斜も同様に中央断面に等しいとする。H 上及びH 下をコ ーナ部の任2.1‑
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