圧力水の吹出しを伴う円柱キャビテーション: University of the Ryukyus Repository

Title

圧力水の吹出しを伴う円柱キャビテーション

Author(s)

真栄田, 義才

Citation

琉球大学理工学部紀要. 工学篇 = Bulletin of Science &

Engineering Division, University of the Ryukyus.

Engineering(5): 37-52

Issue Date

1972-03

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/24415

37

圧 力 水 の 吹 出 し を 伴 う

円 柱 キ ャ ビ テ ー シ ョ ンT

真

栄

田

義

才*

Ca

vi

ta

t

i

onChar

ac

t

er

i

s

t

i

c

sf

orci

r

cul

arCyl

i

nderwi

t

h

Pr

e

s

s

ur

eWat

erSuppl

yf

r

om oni

t

sSurf

ac

e

Gisai

MAEDA

Thispaperpresentsthecavitationcharacteristicsforcircular cylinderwhenpressure water issuppliedfrom surfaceoftheCylindertomainflow aroundit.

IreportedalreadytileCaVitation characteristics ofhydro-foils with pressure watersupply. ButIcouldnitgetgood resultsatthttime,because cavitation on thefoilsdevelopedmore suddenlybythepressurewater.

Thepressurewaterisledfrom a waterpipedirectly tothe testingcylinder.The cylinder hasfourteensmallholesonitssurface,andtheyarelocatedatsomeangle±♂ from thestagna -tionpointofupstream side on the circular cylindersurface.Seven holesarelocatedat

+

O, theothersareat-♂.Pressure waterissupplied through theseholestomainflow.Theangle

e are7C)つ,9〕0,11つう,and1300.Experimentalresultsshow asfollows;

1. When e equals70',dragcoefficientsare much larger than one ofno pressurewater supply.Cavitationinceptioncoefficientvariesfrom 5.0to4.2whilerelativevolumeofpressure waterincreasesfrom FL-7.02×10-3to2.9コ×10 2･These valuesare very large comparedwith

2.0fornowatersupply. ..

''. When e takes9つつ.drag coefficentsare alsolarger,but they are somewhatsmaller thanonesfor700.Theinception coefficient takes from 4.O to2.6,decreaslng wi thincreasing relativevolumeofsuppliedwaterwhichischangedthesamerangetotheformer.

3.DragcoefficientsalmostequaltooneofnOpressureWaterWhen♂takesllOつ.Coefficients ofcavitationinceptlOnVariesfrom 3.7to3.2Withchangingsuppliedwatervolume.

4. When 0 equalsl3t3つ,dragcoefficientsare much smaller than oneofnowatersupply. Theformerisaboutahalfofthelaterwi thintherangeofnonecavitation.

Cavitationinceptioncoefficienttakesfrom 2.5to3.5,butonthistime,the valueincreases withsupplied watervolume.

Allofthem,Cavitationinception coefficientsarelargerthan one ofno watersupply.But when β equal11つつand 130つ,cavitation scarcely develops within some rangesofcavitation

coefficients.At110Cfore.thelimitingcavitationcoefficientfornodevelopmentofcavitation variesfrom 2.7to1.8,and itdecreases with increasing supplied water volume.At1300,it

variesfrom1.Stoi.6.

Aspreviouslydescribed,Cavitationinceptioncoefficientfornopressurewatersupplyisabout 2.0, and cavitationdevelops gradually with decreasing CaVitation coefficient. Then, ifthe pressurewaterissuppliedatabout1300from stagnation pointofupperstream side

,a

scaleof cavitationdevelopmentissmallerthanoneofnopressurewatersupply.

十 受付 :1971年9月30日 ･'pr 琉球大学理工学部機械工学科

33 実栄田 :圧力水の吹出しを伴 う円柱キヤビテ-ション

1

. まえがき 著者はこれまで二次元巽を用いてのキャビテ-シ ョ 1) ン試験を行ってきた｡その第2報 においては,巽の背 面より圧力水を吹出させて,それによるキャビテーシ ョン特性の変化を報告 した｡ 今回は,やは り圧力水の吹出しに伴 ってキャビテー シ ョンの様相がいかに変化するかを円柱モデルを使 っ て試験 した｡ 実 を用いての試験では,圧力水の吹出 しによりキヤ 2) ビテーシ ョンが抑制できるとい う報告 もあるが,著者 の前記第2報では吹出しの方向が悪 く,その効果は殆 んど得 られず,逆にキャビテーシ ョンの発達 を促す結 果 になった. しか し,その後の継続研究で,吹出しの 方向とその位置を適当に選定することによ りキャビテ ーシ ョンをある程度防止,または抑制 し得 ることが判 明 した｡ こゝに報告す る円柱を用いての試験で も適当な吹出 し位置の選定によ り,ある範囲までは生長 したキヤビ チ-シ ョンを縮小せ しめる効果が認められる0 本実験に用いた二次元回流路の測定部における壁面 間隔hと円柱直径 dの比は,d/h-0.187である.円 柱が上下壁面の流 れに及ぼす 影響 を小さくするには 3) d/h<0.075でなければならないとの報告があり,従 って,本実験における円柱まわ りのキャビテーシ ヨン 流れは,壁面の影響 を強 く受けているとみなければな らない｡ しか し,庄力水の吹出しによって,キャビテ ーションの状態がいかなる変化を受けるかの定性的な 面は明 らかにし得たと考える｡

2.

試 挨装置及び方法 内容積約14m3の タンクを用いて,密閉回流路を構 成 し,キャビテーシ ョン試験を行 ったが,装置全体に {r.ll.こ ついては ｢翼型のキャビテーシ ョン特性 ･第 1報｣に 詳細に示 してあるので,こ ゝでは省略する｡測定部は 161mm〉く61mmの矩形断面で,透明なアクリル板のの

Fig.1 Observationpartoftestingequipment

ぞき窓を有 し,円柱まわ りのキャビテーシ ョンの様子 が観察できるよ うにしてある.図 1はその概略図であ る｡ 圧力水の吹出 し装置を図2に示す｡圧力水は水道管 よ り直接供給 した｡吹出 し量の測定は圧力水導入管の 途 中に設けたオ リフィスにておこなった｡オ リフィス は自家製で,あらかじめ水 を用いて検定 してある｡ 図3は試験に供 した円柱であるO直径 30mm,長 さ 61.2mmの円柱の中央に10度間隔で,直径0.4mmの圧 i'p未発表

OriflCenow meter

Fig.2 Equipmentofpressurewatersllpply

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) 力測定孔を設け,円柱表面の圧力分布を測定 した｡円 柱の軸心部には直径17mmの庄力水導入管が設けてあ り,円柱表面に一列に等間隔で設けてある庄力水吹出 し孔-通ずる｡吹出し孔の位置は70,9C).110及び 130)の4種類 とし,いずれ も岐点を通る直径に対称の 位置に一列に7個ずつ,計14個設けてある｡孔の方向 はいずれ も円柱の軸心に向っている｡これ ら14個の孔 から吹出す水量は,試験の範囲内において,ほ ゞ一定 であることは予め実測によって確かめてある,

Fig.3 Circularcylinderfortest

試験を始める前に.先 ず 観測 部でピ トー管を挿入 し,速度分布を調べ,充分整流 されていることを確か めた｡また,流れの方向の圧力変化が,マサツ損失を 除いては殆んどないこと,更に,模型の円柱を挿入 し て も円柱中央の測定部付近では,充分その二次元性を 保ち得ることを確かめた後,測定 を開始 した｡ 測定部における境界層が充分厚いばあいはその影響 を考慮 しなければならないが,測定の結果,壁面間隔 Relativevolume ofsuppliedwater 〟-1.48×10 2

8

A

d f I I

N

爪

･

d

Ⅵ

山

)

.

a

-d u 盲 ! .3 L J J P

.

3 a J n S S a l d 5 0 0 1 -2.0 39 161mmに対 し,境界層の厚 さは片側 1mm以下で,き わめて小 さいことが明 らかになったので考慮 しないこ とに したO キャビテーシ ョン係数が同じであっても流速,従 っ て レイノルズ数 を変化 させると測定値にバ ラツキを生 4) じ易いので,その影響 を取 り除 くため,測定の全範囲 にわたって流速 を一定にしてある｡ 測定は先ず, 圧力 測定 孔のみを有する円柱を挿入 し,キャビテーシ ョン係数の変化に伴 う円柱表面の圧 力分布,及び抗力の変化 を調べ,かつ円柱まわ りのキ ャビテーシ ョンの発達状況を観察 した｡次に,上流側 岐点より70の位置に 前述の方法で圧 力水吹出 し孔を 設けた円柱 を挿入 し,この吹出 し孔の存在によって円 柱まわ りの流れ, 及びキャビテーション特 性が殆ん ど影響 を受けないことを確かめた後,圧力水 を吹き出 して試験 した｡ つい で,9つ',110つ,130'の各 位置 に設けた圧力水吹出 し孔 に つい ても 同様 の試 験 を 行 った｡

3

. 吹出しによる圧力分布二･変化 本実験において用いた流速はすべて一定で,実刺の 一様流速Ⅴ-3･11m/secは模型,及び後流による阻塞 5) 効果 を考慮 して修正 した,修正 された一様流の速度を Vex,とす ると,Vm,-3.らsm/secとなる｡以後の圧力 係数,抗力係数等はすべて修正 された速度 Ⅴ∞を用い て算定 してある｡

○ :

kd-4.10 t):kd-1.67 ① : -2.73 ① : -I.34 0 : -2.22 0 : -1.16

⑳:

-2.02 e): -1.03

8:

-1.82 908 120o 1500 180o A n glefrom upstream sidestagnationpoint

40 実栄田 :庄力水の吹出 しを伴 う円柱 キャビテーシ ョン 図 4は吹出しがないときの円柱表面の圧力分布を種 々のキヤビテ-ション係数について示 してある｡こ ゝ で,圧力係数Cp,及 び キャ ビテーシ ョン係数kdは それぞれ, cp

-旦

旦

二Pi92,及びkd

-

2(Po-Ps) pv2w pv2 -である｡こ ゝにP:円柱面上 の圧九 Po:円柱前方 の一様流の圧九 Ps:その温 度に相 当す る水の飽和 蒸気圧

,P

:水の密度である｡キャビテーシ ョン未発 生帯域における(kd>210)圧力分布より･円柱表面 に沿 う境界層内の流れは完全な層流ではなく,また充 分発達 した乱流境界層で もない,いわゆる遷移領域に あるものと思われ る｡後で示す抗力の大 きさがやはり 遷移領域 と思われ る値を示 し, 抗力係数CDが和 ･75 程度 となる｡ 以下は圧力水 を吹出したば あいの 試験 結果である が,こ ゝで吹出し急 を次のように定める｡円柱の近 く を流れ る流体が円柱によって運動量の変化を受ける質 量はPVdJPに比例する｡ こ ゝに Pは 流体の密度,V は円柱前方の一様流速, dは円柱の直径,Jは円柱の 長 さである｡一方吹出しの流量が同じであって も,一 様流の速度が異るとその効果 も変る｡よって,吹出 し 流量は単位時間当りの吹出しの質量流量 と上記の運動 量変化 を受ける単位時間当りの質量に比例するところ のPVdCの比をとり, 次のような 比較吹出し流量を 定義するo p

-

7%QdT --VQdT こ ゝに,βは比較吹出 し量

,Q

は吹出 しの体積流量で あ る0本 実 験 で はFL-7.02×10-3,1･43×10-2, 2.52×10-2, 及び2.92×10-2の4種の比較吹出し量 を定めて試験 した｡

Fig. 6 Pressuredistributions (Pressurewatersuppl･y at90'from stagnationpoint) ( . d = h j N I ｡ U 一u 山 喜

⋮

3 , n S S

a

l J

Fig.7 Pressuredistributions (Pressurewatersupply at110-from stagnationpoint) 41

42 5

0

0

m%

A

J 人

.

副

封 N I d u 一u a fU L J J a

O

U

a

J [ n

SS

a J d 実栄田 :圧力水の吹出しを伴 う円柱キャビテーシ ヨン

Fig 8･Pressuredistributions (Pressurewatersupplyat130つfrom stagnationpoint)

図5-8はい ず れ もp-i.48×10-2の ばあい につ いて示 してある｡図5は700の位置か ら吹出 したばあ いであるが吹出 し点直後において,きわめて急な圧力 降下が起る｡キャビテーシ ョン係数が大きい程この圧 力降下の度合いは大きい｡この試験で,吹出 しの方向 が円柱表面に対 して直角方向であるので吹出 しは境界 層剥離を早める結果 となり,従 って後で示すよ うに抗 力が著 しく増す｡ 図6は9○○の位置か ら吹出 したばあいである｡この ときは700付近で最′ト圧力に達 し, その後圧力回復 し て吹出し点の90Cを過ぎると再び圧力 降下が 起 る｡ し か し,700次出 しに見 られるよ うな 急激 な圧力降下は ない｡ 図7は1100,図8は1300吹出 しのばあいである｡こ の両者には吹出 し点直 後の急 激な圧力 降 下は見 られ ず,また吹出しのないばあい と較べて圧力の最小値が かなり低 くなるol100の吹出 しでは80O付近の最′ト圧 力か ら1100までの圧力回復がかなり急で,その後は殆 んど回復 しない｡1300のばあいは前者に較べて圧力回 復がゆるやかで,1200付近までにほ ゞ回復 し,その後 1400付近まで僅か なが ら圧力の 上昇を続ける｡以上 は吹出 し量を一定にしたばあいであるが,次に吹出 し 量の変化がいかな る影響 を もた らすかについて述べ る｡ こ ゝでは4種の吹出 し量を設定 し,キャビテーシ ョ ンの未発生領域,キャビテーションの初期の状態,及 び発達 した状態の3種のキャビテーシ ョン係数を選定 して各々の圧力分布 を調べ てみる｡ 図9-11は700吹出 しの ばあいである. 図には比較 のために吹出 しがない ときの圧力分布 も示 してある｡ 700吹出 しにおける初生の キャビテーション係数は大 きく,従 って図9に示すkd-4.1のば あい もすでに微 弱な キャ ビテーショ ン が 発生 した 状態 にある｡図 9においては吹出 し量が小 さい とき, 即〃-7.02× 103では吹出 し点までの 圧力 分布 は 吹出 しがないと きのそれと殆んど差異はないが,吹出 し量を増すにつ れて吹出 し点上流側の圧力が高 くなる｡吹出 しの下流 側においては 急 激な圧力 降 下が 起 き, p-7.02× 10 3を除いてはその後 の圧力回復の様子は殆んど同じ である｡そ して下流側における圧力が吹出 しのないの に較べて,かなり低 くなっているので,抗力が著 しく 増大す ることになるO図10はある程度キヤビテ-シ ョ

琉球大学理工学部紀要 (工学篇) 0 5 1 0

0

I.

'

T,^

U

.

つ 刊 引 付 = ｡ U

-!

3 U J

3

. 3 a

J

n S

S

a

･ .a T,

l

lJ I . _ ; l (T

W

E I ｡ U 一u -Ja

.

" J n

S

S

a

J J 5 0 0 1

o

■.a 0 O 1

Fig. 9 Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationat70

Fig.10Pressuredistributions

hfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationat700

44 _{実栄田 :圧力水の吹出 しを伴 う円柱 キ ャビテーシ ヨン}

Fig. 11 Pressuredistributions

lnfluenceofsupplied watervolume Supplied locationat70つ

ンが生長 した状態であるが,吹出 しがないば あいはこ の段階でまだキヤビテ-シ ョンは発生 していない｡そ して最小吹出 し畳において も,圧力分布は吹出 し点の 上流側か ら吹出 しのない ときのそれ と臭 って くる｡図 o c

o

A

d

一〇 一 l

8

T

T d

〓

叫 村 = ｡ U ･盲 ! 3 " 3 3 , n S S

a

,a 11では,吹出 しを伴 うばあいはキャビテーシ ョンが著 しく発達 しているが,吹出 しのないばあいは僅かに生 長 した程度である｡ 図12-14は9Doの位置か ら吹出 した ばあいである｡

Fig. 12 Pressuredistributions

lufluenceofsupplied watervolume Suppliedlocationat90'

琉球大学理工学部紀要 (工学 篇) 45 c o A d F I a

rod

･1 -a ) 州

=

du

-!

3

1J Ja

O

D a l n S S 3 1 d c

o

^

d l

J

7.

(

.

耳

目

dl f I d u 7 u a

!

3 t l

laO

"

J n S S a J d

Fig.13 Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationat900

0

5

0

Fig. 14 Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationat90 0

4 6 実栄田 :圧力水の吹出しを伴 う円柱 キ ャビテーシ ヨン 図12はキャビテーションの未発生領域であるが,吹 出し流量をきわめて少 くすると,後で示す1100,1300 吹出しのげあいと同じように最′ト圧力がかなり降下す る｡しか し,吹出 し量を増すと最′ト圧力は高 くなり, 吹出しのないばあいのそれより高い｡ そ して,700前 後と1000前後に圧力の極小点が二度現われる｡吹出し 点の900よ り上流側の圧力分布が 吹出 し量を増すにつ れて高 くなっているのは700吹出 しのば あいと似たよ うな候向である｡図13,14はいずれ もキャビテーシ ョ ン帝域である｡700,及び900の位置か ら圧力水を吹出 したばあいは,吹出 し点をはさんで上流側では円柱表 面の圧力は増 し,下流側では圧力は降下するが,その 傾向は吹出 し量を増す程著 しい｡ 図15-17に示 したのは吹出 し位置が1100である｡図 15はキャビテーシ ョンの未発生領域である｡いずれの 吹出し量において も最小圧力は吹出 しのないばあいよ 5 0 5 0 1 1 り低 くなるが,その降下の度合は吹出し量が小さい方 が著 しい｡ ff-7･02×103にお いては,800付近の最 小圧力か ら比較的ゆるやかに圧力が回復 し,1400付近 まで回復 してその後はほ ゞ一 定の圧 力 となる｡しか し,吹出 し量を増 してゆくと,吹出し点の1100までの 圧力回復が急になり, そ の後幾分降 下 す る傾向があ り,1300付近か ら再び上昇 した後一定の圧力となる｡ そ して下流側では吹出 しがないばあい と同程度の圧力 まで回復する. ` 図16及び17はキャビテーシ ョン領域である｡図16で は吹出しを伴 うばあいはキャビテーシ ョンが僅かに生 長 しているが,吹出 しのないばあいはまだ未発生であ る｡このばあい,最小圧力は吹出しのないときのそれ と同 じになるが, 上流側の 圧力は 吹出 しがあるとき いずれ も高 くなり, その 後の圧力 回復 も p-7.02× 1013を除いては吹出 しのないば あいより急であるo図 17は,キャビテーシ ョンが発達 した段階であるが,吹

Fig. 15Pressuredistributions

lufluenceofsuppliedwatervolume SuppliedlocationatllOつ

琉球大学理工学部紀要 (工学.急)

cc

A d I l l

3

｢

菅 山 J

山

川=

du

lu a

P

!JJ

a. D aJ nS Sa Jd ↓ . . ^ d 7. ( I . .-dT

T

3 Z I d 3 言

!

｡ ! u ao 3 巴 n S S aJ d 5

0

0 5 0 0 1 Fig, 16 Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume SuppliedlocationatllOつ

Fig. 17 Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationatl101

48 _{真栄 田 :庄力水の吹出 しを伴 う円柱 キ ャビテーシ ヨン} 出 しのないば あいの圧力が,600か ら1100付近で殆ん ど一定 となるに対 し,吹出 しがあるばあいは800付近 において最小圧力 とな り,その前後における圧力は吹 出 しのないば あいよ り高 くなっている｡ しか し,キャ ビテーシ ョンの末発生,または比較的弱い発生領域 と は具 り,下流側の圧力は吹出 しのないばあい程に回復 しない｡ 図18-20は1300の位置か ら吹出 したば あいである｡ 図18はキヤビデーシ ョン未発生の領域 であるが,吹出 しによって最小圧力は著 しく低下 し,また下流側にお ける圧力回復 もかな り大きい｡従 って,このばあいは 抗力が著 しく小さくなる｡こ ゝでも吹出 し恵を増 して ゆ くと最小圧力は幾分高 くなるが, しか し全体的にみ て,吹出 し量 による変化はこれまでのと較べて顕著で ない といえる｡ 図19,20はキャビテーシ ョン領域であるが,図19に おいては初生キャビテーシ ョンか ら殆ん どまだ生長 し 0 1 1

cc

^

d l I I

3

爪

.

0

.劃

川 = d 3 7 u a ! 3 篭 . 3 a l n S S a J d ていない状態で,800付近 までの 圧力分布 は吹出 しの あるな しにか ゝわ らず全 く-敦 している｡そ して全般 的 に吹出 し量の大小による差異はない｡図20はキャビ テーシ ョンが生長 した段階であるが,1000付近 までの 圧力は吹出 しのないぼあい と一致 し,それ以後の圧力 回復は依然 として吹出 しのあ るばあ いが よい｡ これ は,吹出 しによってキャビテーシ ョンの規模を縮′トせ しめる可能性のあることを意味する｡図 4及び図 8を 参照 して,キャビテーシ ョン が 更 に発 達 した段階即 ち,kd-1.67においてその圧力分布 を比較すると,吹 出 しのないばあいは1200付近 まで圧 力は 殆ん ど変 ら ず,その後の圧力回復 もきわめて僅かである｡これ に 対 し,吹出 しがあるば あいは,低い圧力は1100付近 で 終 り,その後に比較的大きな圧力回復がみ られ る｡こ れ らの事実か らも, この ばあいは 吹出 しによってキ ャビテーシ ョンの 規模が小 さ くなるこ とが予想され る｡ Fig. 18 Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationatl3

0-琉球大学理工学部紀要 (工学属) 49 c

y3

A

d l E

g

(

･

d

劃

N

= ｡ U }u -J

Ja

.

U a , n S S 岩 0 5 1 0 5 0 5 ..1 山 日日 ーtH

Fig

,1

9

Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume Suppliedlocationat130つ

Fig.20Pressuredistributions

lnfluenceofsuppliedwatervolume SuppliedlotTationat130つ

50 共栄 田 :圧力水の吹出 しを伴 う円柱キャビテーシ ヨン

4.

吹出しによる円柱 筑力qJ変化 抗力は後流分布 を測定す ることによ り求 めた｡図21 二

首

-

r

-

-

-

I

､

-

-

育 をW とす ると円柱の受 ける抵抗 Dは D-

〟

仁

(Ⅴ-W)dsである｡ こ ゝにdsは後流の微小幅 .Pは流体の密度 である｡抗 力係数CDはCD- 2D/PV2dとなるが, す でに前 に述べたよ うに 抗力 係数の 算定 に 当っては流路壁面 の干渉を 考 慮 し, 測 定の流速 を修 正 して算 出 して 2 あ る

｡

即,CD-2D/PⅤ∞dである｡ 図22-25はキャビテーシ ョン係数の変化に伴 う抗力 係数の変化の様子 を示 した ものである｡吹出 しがない ば あいは,キヤビテ-シ ョンの未発生領域 において, 抗力係数が約).75程度 である｡これはかな り小さいよ うな気がするが,すでに前 に指摘 したよ うに,その圧 力分布よ り円柱表面に沿 う境界層内の流れが層流か ら 乱流-の遷移領域 にあるためと思われ る｡吹出 しがな い ときの初生キャビテーシ ョン係数は約2.0で,そこ までは抗力係数 がほ ゞ一定 である.キヤビテ-シ ョン の生長 につれて急に抗力 を増 し, kd-1･6付近か ら逆 に′トさくなる｡ 図22は700吹出 しのばあい である｡このば あいはキ ヤビテ-シ ョンの初生が著 しく早 ま り,初生係数は吹 出 し量 によって も異 るが,4.2-5.0となる｡図に示 さ れた領域はすべてキャ ビテーシ ョンの範囲にある.吹 出 しによって抗力は著 しく増大 してい る｡これは圧力 分布か らも予想 されたことである｡吹出 し量 を増すに つれて抗力 も増 している｡キャビテーシ ョンの発達 に つれて抗力が増加 し,更 に発達すると逆に減小 してゆ 10 15 20 25 30 35 Cal･ltAt10rlC('eLfJCienlkJ

Fig. ;･2 Relationbetweendragand cavitation coefficient with pressure water supplyat713つ くのは吹出 しのないばあと同 じであるが,極大値 を示 す点は吹出 しの 存在 に よって, か な り右側-移動す る｡これは吹出 しがキャビテーシ ョンの発達を著 しく 助長 してい ることを示す ものであるOキャビテーシ ョ ンが充分発達 した段階では吹出 し最の大小による差異 はない｡ a u 一 L]3

]

UEJ )a O) S u ロ 00 7 ).0 15 2.0 25 30 35 Car)tjLtlOrrC

O

erElClel1tL.a Fig.23Relationbetweendragandcavitation coefficientwithpressurewater supplyat90つ 図23は9〇〇吹出 しの ばあいである｡ この ときも吹出 しのないの と較べて著 しい抗力の増加が見 られ るが, 700吹出 しに較べると幾分小 さく なってい る｡ キャビ テーシ ョン領域 における抗力の最大値はやは り右側-移動 し,700吹出 しと同 じくkd-2.0付近 である｡キ ャビテーシ ョンが著 しく発達 した領域 を除いては,こ のば あい も吹出 し量 を 増すに つれて抗力を増すが, 700吹出 しの とき程その差異は大 きくない｡ 図24は1100吹出 しにお ける抗力係数を示す｡前二者 に較べて抗力は小 さくな り,キヤビテー ンヨンの未発 坐,または比較的弱い領域では吹出 しのないばあいよ りまだ幾分大 きいが,キヤビテ-シ ョンの発達 した段 階では逆に小さくなってい る｡700,9CIO吹出 し,及び

琉球大学理工学部紀要 (工学属) 帥 古 め 7 l l-l l 4 0 一 t J 遥 -さ _ h 占 T 7 .,. .I .i o 0 O O ) X X X X I. 02 嶋 25 . 92 山 7 1 2 '● t I 一 l I 帆 i! O O O e ◎

_

一

書 5

!

-

i

-

岩

岳毒

10 I5 2.0 25 30 35 CantalJOrlCUefrlelerlth

Fig. 24 Relation between drag andcavitation coefficient with pressure water supplyatl10A' 吹出 しのないばあい と較べてキャビテーシ ョンによる 抗力増加の 割合 はきわ めて小 さ い｡抗力の極大点は 吹出 しのないばあ い とほ ゞ同一 の キャ ビテーシ ョン 係数である｡吹出 し量の大 小による差異は 顕著でな い｡ CayILdt】OTICOetE)nentkJ

Fig. コS Relationbetweendragandcavitation coefficient with pressure water supplyat1

3O-*

137

eA

PaH

dd

J]s

Jo

atJJ n-○ > aA !一t [

3u

LocatioれOf watersupply O:at70

●

0 :At

9

0

●

0 :atllO● (D:at130

-e:

atl

l

D

'

Q:at130●

O:

at120

●

0 3 X 51 図25は1300吹出 しのばあいである｡ この段階で抗力 係数は著 しく減少 し,吹出 しのないばあいに比 して% 以下 に下 る｡ これは圧力分布か らも予想 されたことで あるo吹出 し畳の大 きさによる差異は僅かであるが, 700,90つのばあい とは逆 に吹出 し量を 増 すにつれて 抗力が減少 している｡そ して抗力の最大 となる点は左 側-移動 し,キャ ビテーシ ョン係数kD-1.25程度 で ある｡このことは, この位置か らの 吹 出 しによって キャビテーシ ョン の 発達 を抑制 し得 ることを示す も のである｡

5

･ 吹出 しによるキ ャビテー シ ョン発生状況0:. 変化 これまで主 として吹出 しによる円柱表面の圧力分布 状態 と抗力の変化の様子 を示 してきたが,こ ゝではキ ャビテーシ ョンの状態が吹出 しによって どう変化す る かについて述べ る｡ 図26は吹出 しによって初生のキャビテーシ ョン係款 が如何に変化す るかを示 した ものである｡一般 に吹出 しによっていずれの位置か ら吹出 して も初生のキャビ テーシ ョン係数は大 き くなる｡ 700吹出 しのばあいは 特 に大 き く,これは図 5に示 した圧力分布か らも予想 されたことであるO即,吹出 し点直後の大 きな圧力降 下がキャビテーシ ョンの初生を著 しく早めることにな る0700,9CIO,1100の各吹出 しにおいては,吹出 し量 を増すにつれて初生のキャビテーシ ョン係数は小 さく なる｡ 9○○吹出 しにおいては 特 にその 候向が強 く,吹 出 し量がFL-2.25×10?,及 び2.92×10J2に お いて は1100,1300のばあいよ り小さくなっている.1300吹 二 + ■ ･ :; H ., , ,: i +

..

.

⋮ T IH .. . . ; .7 , .,1 .. .

㈹

酎

侶

頼

-" 4 5 CavitAtJOr)COeELICientkd Fig･26InfluenceofsuppliedwaterGnCaVitationinception

O ･o･o ･① :Cavitationinception

e･G

)

･

o一 :

Criticalcavitationcoefficient,cavitationdevelopsbelow thisvalue e

;

FIow directionofsuppliedwaterisparalleltouniform flow

52 真栄 田 :圧力水の吹出 しを伴 う円柱キャビテーシ ョン 出 しにおいては逆に吹出 し量が小さい程初生キヤビテ ーLシ ョン係数は小さく,吹出 し量の増加 と共 に初生が 早 くなる｡ 次に,キャビテーシ ョン係数 を漸次小 さくし,キャ ビテーシ ョンを 生 長 さ せ てゆ くと,吹出 し量及び吹 出 し位置によっ て そ の 発 達 の 様子 がかな り異 る0 700及び380吹出しにおいてはkdの減少につれて急に発 達 し,その傾向は吹出 し量を増す程 著しい｡これ に対 し,1100,ユ:Oo吹出 しにおいては初生後kdを小 さくし ていって も キャビテーシ ョ ン の状態 は殆ん ど生長せ ず,kdがある値以下 になって 初 めて 生長す るよ うに なるo図26にはキャビテーシ ョンが生長 し始 めるとき のkdの値が示 してある,1109,1こOoの吹出 し共 にそ の臨界値は吹出 し量を増すにつ れ て 小さ くなる,一 方,吹出 しがないば あいは, 初 生 後kdが小 さ くなる につれて次第 に キヤビテ-シ ョン は発達 して ゆ くか ら,この臨界のキャビテーシ ョン係数が吹出 しのない ときの初生係数よ り小 さいば あいは,吹出 しによって キャビテーシ ョンの 発 達が 抑制 されたことになる｡ 1100吹出 しにおいては,吹出 し量が小 さい間はその値 が無吹出 しの初生係数よ り大 きいか らキヤビテ-シ ョ ン制御 としての効果はないことになるが,吹出 し量 を 増す と効果が現われ るよ うになる｡1300吹出 しにおい ては吹出 し量の如何 を問わずキャビテーシ ョンを押え る効果があり,吹出 し量を増すにつれてその効果が大 きい｡ 次に,吹出 し位置を上流側岐点よ り1200とし,吹出 しの方向をこれ までの とは

異

り一様流 に平行 になるよ うにして試験 して みた｡ 圧力 分布 , 及び抗力係数は 1300のばあい と殆ん ど似たよ うな偏向,大 きさを示 し た｡初生のキャビテーシ ョン係数はこれ までのいずれ のばあいよ り小さ くな り,吹出 しのないば あいの初生 係数 と一致 した｡そ してキャビテーシ ョンが生長 を始 める臨界のキヤビテ-シ ョン係数が1300の ときより更 に小さくなる｡図26にはこの関係 も示 してある｡ 6.あとがき i. ;loo,及び300の位置か ら圧力水 を吹出させたば あいは抗力が著 しく増加する｡また抗力が極大値 を示 す地点のキャビテーシ ョン係数は吹出 しのないばあい よ り大 きくな り,それだけキャビテーシ ョンの発達が 早 くなることを示す｡ 700吹出 しでは吹出 し点の直後 において急激な圧力降下があり,それだけキャビテー シ ョンが発生 し易 く初生係数はきわめて大 きい｡ 2. 1100吹出 しにおいては抗力の大 きさは吹出 しの ないばあい と殆ん ど同 じである｡1300吹出 しでは抗力 は著 しく小 さくな り,吹出 しのないば あいの半分以下 である｡1100においては抗力が最大 となるキヤビ手-シ ョン係数は吹出 しのないば あい とは ゞ同 じであるが ユ300においてはそれよ り小 さくな り,それだけキャビ テーシ ョンの生長が遅れ ることを示 している, 3･ いずれの位置か ら圧力水 を吹出 して も,初生の 係数は吹出 しのないばあいよ り大 きいが, しか し

1

1

0

L

o

及び130コに おいて は初生 後キャビテーシ ョンが生長 し始 めるまでのkdの間に開きがある.特 に130つにおい てはキャビテーシ ョンが生長 を始 める臨界のキャビテ ーシ ョン係数が吹出 しのないばあいの初生係数 よ り小 さく,それだけ吹出 しによってキヤビテ-ションの発 達が押え られ ることにな り,キャビテーシ ョン抑制の 効果が現われたことになる｡ 4･ キャビテーシ ョン抑制の効果は円柱表面に直角 方向に吹出すよ り一般流に平行に吹出 した ときの方が よい｡ こ ゝでは主 として円柱面に直角方向に吹出 したばあ いについて調べたが,岐点か ら1200の位置において一 様流 に平行に吹出 したばあいの結果か ら推察 して,模 型の面に沿 うよ うな形で吹出すことによ り, もっとよ い結果が得 られ るであろ う｡ 参 考 文 献 1) 真栄 田義才 :翼型のキャビテーシ ョン特性 ･第 3報,琉球大学理工学部紀要 ･工学鳥第3号 (1970) 2) 松本容吉,地 3名 :空所発生防止 に関する研究 ･第4報, 日本機械学会詰 ま1巻235号 (1938) 3) 高松 ･菅 ･市村 :円柱まわ りのキヤビテ-シ ョ ン流れ に対する流路壁面の影響, 日本機械学会 講演論文集No.185(1937) 4) 真栄 田義才 :翼型のキヤビテ-シ ョン特性 (第 1報),琉球大学理工学部紀要工学 措第1号 (1938) 5) 神元五郎 二水力学

Ⅰ

,共立出版P.321(1954)