研究論文
超 高 速 キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 噴 流 に よ る 壊 食*
清
水
誠
二**, 谷
岡
邦
宏***, 池
上
範
章****
Erosion Due to Ultra-High-Speed
Cavitating
Jet
Seiji SHIMIZU,
Kunihiro TANIOKA,
Noriaki IKEGAMI
Experimental studies are carried out to clarify the effects of ambient pressure on the structure and
ero-sive property of an ultra-high-speed cavitating jet. Tap water is pressurized up to 118 Mpa and injected
into a test cell at specified constant pressure. Specimens of aluminum alloy are used for erosion tests. The
structure of the ultra-high-speed cavitating jet is observed by instantaneous photographs and high-speed
photography. The damaged surface of the specimens are examined by using a scanning electron
micro-scope and mechanism of the erosion by impingement of the ultra-high-speed cavitating jet is investigated.
Key words: Cavitation, Erosion, Water, Jet, Ambient Pressure, Jet Structure
1. 緒 言 容 積 式 ポ ンプ ・モー タの 閉 込 み 区 間 に お い て は作 動 流 体 が 狭 い 流路 を流 れ るた め,一 般 に キ ャ ビテー シ ョ ン噴 流 を発 生 し,そ れ が 衝 突 す る こ とに よ っ て部 材 に 壊 食 を生 ず る.こ れ は ポ ン プ吸 込 み側 に発 生 す る キ ャ ビテ ー シ ョ ン と比 べ 対 応 が 困 難 で あ る場 合 が 多 く,ポ ン プ高 圧 化 の 限界 を もた らす(1).また,近 年 の環 境 汚 染 防 止 な どの観 点 か ら 「水 」 を作 動 流体 とす る液 圧 シ ス テム が 注 目 され て い る(2)が,水 道 水 や 高 含 水 作 動 液 な どの 水 系 作 動液 で は石 油 系 作 動 油 と比 較 して激 し い壊 食 を生 ず る こ とが 知 られ て お り(3),そ の 対 策 が 水 系 作 動 液 を実 用 化 す る上 で肝 要 で あ る. キ ャ ビテ ー シ ョ ン噴 流 の 衝 突 に よ る壊 食 に関 し て は, 油 圧 機 器 にお け る キ ャ ビ テー シ ョ ン壊 食 の機 構 を解 明 しそ れ を 軽 減 す る 観 点 か ら の 研 究(3-6)や,材 料 の 耐 キ ャ ビ テー シ ョ ン壊 食 性 を評 価 す る試験 方 法 と して の 観 点 か らの 研 究(7)が行 わ れ て きた.ま た,近 年 で は キ ャ ビ テー シ ョ ン噴 流 に よ る壊 食 を洗 浄 や ピー ニ ング,あ る い は材 料 の切 断 やせ ん孔 に有 効 利 用 し よ う とす る研 究 が 行 わ れ て い る(8-10).これ らの 研 究 は,噴射 圧 力 が数 10MPaと 比 較 的 低 い場 合 か,高 噴 射 圧 力 に お い て は周 囲圧 力 が 大 気 圧程 度 で あ る場 合 が ほ とん どで あ り,噴 射 圧 力 が100MPa程 度,あ るい はそ れ を超 え る よ うな 超 高速 キ ャ ビテ ー シ ョ ン噴 流 の壊 食 特 性,お よび そ れ が周 囲圧 力 に よっ て どの よう な影響 を受 け るか につ い て は十 分 解 明 され て い る とは い えな い. 本 報 告 は,噴 射 圧 力49∼118MPaの 範 囲 に お ける超 高速 キ ャ ビテ ー シ ョ ン噴 流 の流 動構 造 観 察 お よび ア ル ミニ ウム 合 金 製 試 験 片 を 用 いた 壊 食 実験 に よ って,周 囲圧 力 が 超 高 速 キ ャ ビテ ー シ ョン噴 流 の流 動 構 造 お よ び壊 食 特 性 に及 ぼ す 影響 を明 らか に し,そ の 壊 食機 構 を解 明 しよ う とす る もの で あ る. 2. 実 験 装 置 お よ び 方 法 図1に 実 験 装 置 の概 略 を示 す.増 圧 機 タ イ プの 高圧 ポ ンプ(最 高 使 用 圧力150MPa)で 加圧 され た 清 水 をノ ズ ル か ら試 験 室 に噴 出 さ せ,試 験 片 に垂 直 に衝 突 させ る.以 下 で は,噴 射 時 間 を所 定 の噴 射圧 力 の持 続 時 間 と定 義 す る.本 装 置 で は弁 操 作 に よ って所 定 の 噴 射 圧 力 に達 す る まで 約3s,圧 力 が ほ ぼ0に 回復 す る まで 約 7sを 要 す る.試 験 室 内 の圧 力 お よ び水温 を一 定 に保 つ た め,低 圧 ポ ンプ(最 高 使 用 圧 力3MPa)を 用 いて 清 水 を約10L/min試 験 室 に供 給 し てい る.清 水 は試 験 室 底部 か ら供 給 す るが,清 水 供 給 孔 に は供 給 した清 水 が 噴 流 に直 接 影 響 を与 えな い よ うに じ ゃ ま板 が取 付 られ て い る.試 験 室 圧 力 は,低 圧 ポ ン プの 圧 力調 整 弁 お よ び試験 室 に取 付 けた リ リー フ弁 に よ って,所 定 の値 に 設 定 す る こ とが で き る.キ ャ ビテ ー シ ョン係 数 σは 次 式 で 定 義 す る. * 平 成9年4月11日 原 稿 受 付 ** 広 島 工 業 大 学工 学 部 機 械 工 学 科 (所在 地 〒731-51広 島 市 佐 伯 区三 宅2-1-1) *** 日本 基 礎 技術(株) **** 日本 圧 着 端 子 製造(株)
(1) こ こで,pi,pa,pvは,そ れ ぞ れ 噴 射 圧 力,試 験 室 圧 力, 水 の 蒸 気 圧 で あ る. 供 試 流 体 は 水 道 水 で あ り,試 験 室 水 温18∼25℃ の 範 囲 で 実 験 を 行 っ た.空 気 含 有 量 は バ ン ・ス ラ イ ク の 方 法(11)で測 定 した が,標 準 状 態 の 空 気 含 有 量 は 飽 和 空 気 量 に 対 し て111∼117%で あ っ た. 実 験 に 使 用 し た ノ ズ ル は 図2に 示 す 直 径0.5mmの ダ イ ヤ モ ン ドノ ズ ル で あ り,流 量 係 数 は0.72で あ る.ノ ズ ル お よ び ノ ズ ル 押 さ え の 形 状 は こ れ ま で の 実 験9川 に 用 い た もの と 同 一 で あ る.ス タ ン ドオ フ 距 離xは ダ イ ヤ モ ン ドノ ズ ル の 出 口 か ら 試 験 片 ま で の 距 離 と定 義 す る.ノ ズ ル 形 状 お よ び ノ ズ ル 押 さ え の 寸 法 の た め, x=10mm以 上 で の 実 験 が 可 能 で あ る.キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 噴 流 の 場 合,ノ ズ ル 形 状 の 微 妙 な 差 異 が そ の 壊 食 特 性 に 影 響 す る の で,予 備 的 な 壊 食 実 験 を 行 い,壊 食 特 性 が ほ ぼ 一 致 す る ノ ズ ル の み を 以 下 の 実 験 で は 用 い た. 実 験 に 用 い た 試 験 片 は ア ル ミニ ウ ム 合 金(JISA 2011 BDS)製 で あ り,引 張 り強 さ は409N/mm2,耐 力 は 311N/mm2で あ る.壊 食 実 験 前 後 の 試 験 片 質 量 は 読 み 取 り限 度0.1mgの 電 子 て ん び ん を 用 い て 測 定 し た.ま た, 損 傷 面 の 様 相 は 金 属 顕 微 鏡 お よ び 走 査 形 電 子 顕 微 鏡 を 用 い て 観 察 し た. キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 噴 流 の 様 相 は,露 光 時 間1.5μsの 瞬 間 写 真 お よ び 高 速 映 画 に よ っ て 観 察 した. 3. 実 験 結 果 お よ び 考 察 3.1 キ ャ ビテー ショ ン噴 流 の様 相 図3に 噴 射 圧 力69MPaに お け る噴 流 の 瞬 間 写 真 の 例 を示 す.低 噴 射 圧 力 の 場 合 に これ まで報 告 され て い る もの と同様,ノ ズル 出 口近 傍 の連 続 的 な気 泡 雲 は, 下 流 で は破 断 して気 泡 塊 を形 成 す る.キ ャ ビ テー シ ョ ン係 数 σが 増 加 す る と,気 泡 雲 の 噴 流 軸 方 向 お よび 半 径 方 向 へ の広 が りは小 さ くな る.ま た,ら 線 状 渦 の コ アに 発 生 した と考 え られ るひ も状 キ ャ ビテ ー シ ョ ンの も観 察 され る. 噴 射 圧 力98MPa,σ=0.006の キ ャ ビテ ー シ ョン噴 流 を10万 こ ま/s(こ ま間 隔,10μs)で 撮 影 した高 速 映 画 の
1
2
3 4 5 6 7 8 9 1011
12
Fig.1 Experimental apparatus
Fig.2 Configuration of test nozzle
Fig.3 Cavitrating jet
Fig.4 High-speed observation of ultra-high
speed cavitating jet at pi=98 MPa and σ =0 .006.
例 を図4に 示 す.フ レー ム4か ら6で ノズ ル押 さえ か ら伸 び る連 続 的 気 泡 雲 は,フ レ ーム7で3つ に分 裂 す る.そ の後,ノ ズ ル押 さ え か らの び る気 泡 雲 と下 流側 の比 較 的 大 きな 気 泡塊 とに挟 まれ た 気 泡 塊 は しだ い に 縮 小,フ レー ム12で 消滅 す る.キ ャ ビテ ー シ ョ ン噴 流 に お け る気 泡 雲 は,ノ ズ ル 出 口近 傍 の 連続 的気 泡 雲 → 気泡 塊 → 気 泡 塊 消 滅 の よ うに単 純 に変 化 す るの で は な く,気 泡 塊 の 分 裂 や 合体,成 長,消 滅 を伴 っ て複 雑 な 挙 動 を示 す こ とが 分 か る. キ ャ ビ テー シ ョン気泡 雲 の移 動 速 度 を高 速 映 画 の 画 像 か ら求 めた.図5に σ=0.010の 場 合 に つ い て,気 泡 雲 の移 動 速 度Vcaviと ス タ ン ドオ フ距 離 の 関 係 を示 す. Vcaviは ノ ズ ル 前 後 の 圧 力 を も とに ベ ル ヌー イ の定 理 か ら計 算 され る噴 流 速 度Vth(例 え ば噴 射 圧 力49MPa の場 合,Vth≒313m/s)で 無 次 元 化 して い る.Vcaviの 計 測結 果 に は ば らつ きが 大 きい が,大 気 中 に噴 出 す る 空 気 噴 流 に つ い て よ ど み点 圧 力(12)から求 め た 噴 流 速 度 と比 較 して大 き な値 を と る.キ ャ ビ テー シ ョン噴 流 にお い て は,せ ん断 層 に発 生 す る キ ャ ビ テー シ ョン に よ って噴 流 の速 度 減 衰 が 抑 制 され る こ とが 指 摘 され て お り(13),本計 測 結 果 は この こ とに対 応 す る もの と考 え られ る. 3.2 壊 食 特 性 図6に σ=0.010の 場 合 に つ い て壊 食 量(質 量 減)と ス タ ン ドオ フ距 離 の関 係 を示 す.噴 流時 間 は60お よび 300sで あ る.低 噴 射 圧 力 の キ ャ ビテ ー シ ョン噴 流 につ いて これ まで 報 告 され て い る もの と同様 に(3),壊 食 量 は一 般 に ノズ ル 出 口近 傍(第1ピ ー ク)と ノ ズル か ら 離 れ た 位 置(第2ピ ー ク)で 極 大 値 を とる.本 実 験 の 噴 射 圧 力 の範 囲 で は,σ が 同 一 で あ れ ば 第2ピ ー ク位 置 は噴 射 圧 力 に依 存 しな い.ノ ズル 出 口近 傍 に お け る 壊 食 量 は 噴 射 圧 力 が 低 い 場 合 小 さ い が,噴 射 圧 力 98MPa以 上 に な る と噴 射 時 間 の 増 加 と と もに 急 増 す る. 噴 射 圧 力98MPa,噴 射 時 間300sの 場 合 につ い て,壊 食 量,損 傷 領 域 直径D,お よび平 均 壊 食 深 さ とス タ ン ド オ フ距 離 の 関係 に及 ぼす σの影 響 を図7,8,9に それ ぞれ 示 す.こ こで損 傷 領 域 直径 は,損 傷 を受 けて梨 地 状 に変 化 した領 域 の外 径 と定義 して い る.壊 食量 の第 2ピ ー ク位 置 は,σが増 加 す る と上 流側 へ移 動 す る.壊 食 量 は第2ピ ー ク位 置 で 最大 とな るが,第2ピ ー ク に お け る壊 食 量 は 図7に 示 し た噴 射 圧 力98MPaに お い て は σ=0.014で 最 大 とな る.噴 射 圧 力49∼118MPaの
Fig.5 Traveling velocity of cavity cloud versus
x/d at σ=0.010
Fig.6 Mass loss versus x/d at σ=0.010
本 実 験 範 囲 に お い て,第2ピ ー ク の 壊 食 最 は σ=0.010 ∼0.014で 最 大 と な っ た .こ れ は,低 噴 射 圧 力 の 場 合 の 実 験 結 果 団 と一 致 す る.ま た,x/d=20に お け る 壊 食 量 は σに 依 存 せ ず ほ ぼ 一 定 で あ り,せ き止 め 圧 に よ る 破 壊 が 支 配 的 で あ る こ と を 示 唆 し て い る.図8に 示 し た Dは 壊 食 最 の 第2ピ ー ク 位 置 で 最 大 値 を と る.Dが ス タ ン ドオ フ 距 離xと と も に 増 加 す る領 域 に お け る 増 加 率 は0.6∼0.7程 度 と σに か か わ ら ず ほ ぼ 一 定 で あ り, Dの 増 加 す る ス タ ン ドオ フ 距 離 範 囲 は σが 小 さ い ほ ど x/4の 大 き な 領 域 ま で 広 が る.図9に 示 し た 平 均 壊 食 深 さ は 壊 食 量 か ら 求 め た 体 積 減 少 量 を 損 傷 領 域 面 積 で 除 し て 求 め た も の で あ る.平 均 壊 食 深 さ はx/d=20で 最 大 と な り,壊 食 量 の 第2ピ ー ク 位 置 付 近 で 極 大 値 を と る傾 向 が あ る.噴 射 圧 力98MPa,噴 射 時 間300sの 場 合,ノ ズル 出 口直 下 流 に お い て は深 さ方 向 へ の壊 食 が 支配 的 で あ るが,壊 食量 の第2ピ ー ク位 置 付近 で は損 傷 領 域 広 さが 最 大 で あ る と同時 に深 さ方 向 へ も壊 食が 進 行 してい る. 図10に噴 射 圧 力118MPa,σ=0.014,x/d=20お よ び 44の 場 合 につ いて,噴 射 時 間15, 60, 300sの 試験 片 を示 す.x/d=20と44と で は,損 傷 面 の様 相 が 全 く異 な る. す な わ ち,x/d=20で は初 期 段 階 に お い て衝 突 中心 が 最 も激 しい壊 食 を受 け る.そ の後,衝 突 中 心部 に お け る壊 食 が深 さ方 向 へ 進行 す る と同 時 に初 期 段 階 で梨 地 状 に な っ た衝 突 中 心 周 囲 の 部分 で も半 径 方 向 外側 へ壊 食 が進 み,円 筒状 の壊 食 孔 が 形 成 され る.一 方,x/d= 44の 場 合,初 期段 階 に お い て は衝 突 中 心部 と外 周 の リ ン グ状 領 域 が 梨 地状 に変 化 し,そ の 間 に は 損傷 を受 け な い領 域 が 存 在 す る.時 間 経 過 とと もに 外 周 の リン グ 状 領 域 の壊 食 は深 さ方 向 と半 径 方 向 内側 へ 向 か っ て進 行 す る が,衝 突 中 心 部 の壊 食 は あ ま り進 まな い. x/d=20お よび44に お け る壊 食 量 お よ び損 傷 領 域 直 径 と噴 射 時 間 との 関係 を 図11,12に 示 す.図11に 示 す 壊 食 量 とス タ ン ドオ フ距 離 を み る と,x/d=20に お い て は潜 伏 期 間 が存 在 す る が,x/d=44で は潜 伏 期 間 が 認 め られず 噴 射 時 間 の ご く短 い期 間 内 に質 量減 少 が始 まる.図12に 示 す 壊 食領 域 直 径 の時 間 的 変 化 をみ る と, x/d=44で は噴 射 時 間30s程 度 まで 増 加 傾 向が 認 め ら れ るが,そ れ 以 降 はほ ぼ一 定 で あ る.一 方,x/d=20で は180s付 近 まで わ ず か な が ら増 加 す る. σ一 定 の条 件 下 に お け る最 大 壊 食 率PERは 噴 射 圧 力 のn乗 に比 例 して増 加 す る こ とが 知 られ て い る(7).σ= 0.014の 場 合 に つ い て,第2ピ ー ク にお け るPERと 噴 射圧 力 の関 係 を図13に 示 す.本 実験 範 囲 に おい てPER は噴 射 圧 力 の約2.5乗 に比 例 し,低噴 射 圧 力 の場 合 の実 Fig. 8 Damaged region diameter versus x/d
Fig. 9 Mean erosion depth versus x/d
Fig,10 Eroded specimens at pi=118MPa and σ
験 結 果 と指 数 が 異 な る.同 様 な 傾 向 はLichtarowicz(13) も指 摘 して お り,高 噴 射 圧 力 に お け る損 傷 は キ ャ ビ テ ー シ ョン壊 食 だ け に起 因 す る の で は な くな,ピ ッ ト や クラ ック な どに高 速 の 水噴 流が 進 入 して 破 壊 を拡 大 す る水 くさ び効 果 な どが加 わ り,噴 射 圧 力 自体 も損 傷 過 程 に影 響 を与 え るた め で あ る と考 え られ る. 3.3 壊 食 機 構 に関 す る考 察 噴射 圧 力96Mpa,噴 射 時 間60s,σ=0.018,x/d=20 にお け る損傷 面 の様 相 を図14に 示 す.走 査 形 電 子 顕 微 鏡 を用 い て試 験 片 を斜 め上 か ら撮 影 した もの で あ る. キ ャ ビ テ ー シ ョ ン係 数 が0.002程 度 と小 さ くス タ ン ド オ フ距 離 が短 い場 合,衝 突 中 心部 で は連 続 的 に液 柱 が 衝 突 す るた め損 傷 を受 けず,キ ャ ビテー シ ョン を伴 う せ ん 断 層 が衝 突 す る部 分 か ら損 傷 が開 始 され る ため, 初 期 段 階 に お い て は リ ン グ状 の 壊 食 痕 が 形 成 さ れ る(10).しか し,キ ャ ビ テー シ ョ ン係 数 が 本実 験 程 度 の 範 囲 にな る と,噴 流 中 心 部 の連 続 的 コア とそれ を取 り 巻 くキ ャ ビ テ ー シ ョ ン と い う二 重 構 造(15)はみ られ な くな る.そ の た め,キ ャ ビテ ー シ ョン気 泡 の崩 壊 あ る い は液 滴 や液 塊 の衝 突 に よっ て形 成 され た ピ ッ トや ク ラ ッ クに せ き止 め圧 が 作 用 す る こ とで 比 較 的大 きな粒 子 欠 落 を生 じ,図14に 示 した よ うに衝 突 中 心部 か ら壊 食 が 開 始 す る.そ の後,図10に 示 した よ うに衝 突 中 心 部 にお い て 深 さ 方 向 に壊 食 が 進行 す る と同 時 に半 径 方 向外 側 へ も壊食 が進 み,円 筒状 の壊 食 孔 が 形成 され る. この段 階 にお い て は,上 述 の 水 くさ び効 果 の ほ か,壊 食 孔 底 部 や側 壁 の 凹凸 に よ って 生 じた低 圧部 に発 生 す る二 次 的 キ ャ ビテ ー シ ョンに よ る壊 食 が 加 わ り,損 傷 が 進 行 す る もの と考 え られ る. ス タ ン ドオ フ距 離 が 比 較 的大 きな領 域 で は,図10に Fig.11 Mass loss versus jetting duration
Fig.12 Damaged region diameter versus jetting duration
Fig.13 PER versus pi
Fig.14 Damaged surface at pi=69MPa, σ= 0.018,x/d=20,and jetting duration of 60s
示 した よ うに衝 突 中 心 部 で わ ず か な壊 食 を受 け,そ の 外 側 は ほ とん ど壊 食 を受 けず,さ らに外 側 の リ ン グ状 領 域 が 激 し く壊 食 を受 け る.図15に,噴 射圧 力69MPa, 噴 射 時 間60s,σ;0.018,x/d=50に お け る壊 食面 の電 子顕 微 鏡 写真 を示 す.衝 突 中 心部 の 凹凸 の 規 模 と激 し く損 傷 を受 け て い る リング状 壊 食 部 分 の それ を比 較 す る と,リ ング状 部 分 損傷 の 凹凸 の規 模 が は るか に大 き い こ とが 分 か る.衝 突領 域 に お け る流 れ はそ の 方 向 を 90度 変 え る.し たが って噴 流 の軸 か ら外 れ て 存在 す る 気 泡 には衝 突 面 か ら遠 ざか る 方 向へ の 力 が 作 用 す る の で団,試 験 片 表 面 の衝 突 中心 部 に接 近 して崩 壊 す る の は少 数 の微 細 な キ ャ ビテ ー シ ョン気 泡 だ けで あ る.こ のた め,衝 突 中心 部 で の壊 食 は 軽微 で その 凹 凸 の 規模 は小 さい.た だ し衝 突 中 心部 で の圧 力 は周 囲 と比 較 し て 高い の で気 泡 崩 壊 に よ る衝 撃 圧 は大 き く,特 に噴 射 圧 力 が 高 い場 合 は ス タ ン ドオ フ距離 が あ る程 度 離 れ て い て も衝 突 中心 部 で 壊 食 を生 ず る.し か し最 も激 し く 壊 食 を生 じ るの は キ ャ ビテ ー シ ョ ン気 泡 が 多数 崩壊 す る リ ン グ状 領 域 で あ る.噴 射 圧 力 が 高 くキ ャ ビ テ ー シ ョン係 数 が 小 さい場 合,ス タ ン ドオ フ距 離 が あ る程 度 離れ て いて も噴 流 の速 度 はあ ま り減速 しな い ま ま保 た れ て い るの で,こ の領 域 にお い て も水 くさ び効 果 な どの噴 射 圧 力 自体 が損 傷 に与 え る効 果 が加 わ る もの と 考 え られ る。 この理 由 に よ って 壊 食 量 の第2ピ ー ク位 置 に お け るPERの 噴 射 圧 力 に 対 す る依 存 性 は低 噴 射 圧 力 の場 合 と異 な る. 4. 結 言 噴射 圧 力 が49∼118MPaの 範 囲 にお け る超 高 速 キ ャ ビテ ー シ ョ ン噴 流 の流 動 構 造 観 察 お よび ア ル ミニ ウム 合 金製 試 験 片 を用 い た壊 食 実 験 を行 い,周 囲圧 力 が 超 高速 キ ャ ビ テー シ ョ ン噴 流 の 流 動構 造 お よ び壊 食 特 性 に及 ぼ す影 響 を明 らか に し,そ の壊 食機 構 を検 討 した. 得 られ た主 要 な 結論 は次 の 通 りで あ る. (1) 低 噴 射 圧 力 の場 合 と同 様,ノ ズ ル 出 口 に近 い領 域 (第1ピ ー ク)と あ る 程 度 離 れ た 領 域(第2ピ ー ク)で 壊 食 量 は 極 大 と な る。 ス タ ン ドオ フ 距 離 が 長 い 領 域 で は リ ン グ 状 の 壊 食 痕 が 形 成 さ れ る の に 対 し て,ノ ズ ル 出 口 近 傍 で は 噴 射 時 間 が 長 くな る と 円 筒 状 壊 食 孔 が 形 成 さ れ る. (2) 第2ピ ー ク で の 壊 食 量 は σ=0.010∼0.014で 最 大 と な る.σ=0,014で 行 っ た 本 実 験 の 場 合,第2ピ ー ク に お け る 最 大 壊 食 率PERの 噴 射 圧 力 に 対 す る 依 存 性 は 低 噴 射 圧 力 に 対 す る既 存 実 験 結 果 と 異 な る. (3) ス タ ン ド オ フ 距 離 が 短 い 領 域 に お け る壊 食 は, キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 泡 の 崩 壊 あ る い は 液 滴 や 液 塊 の 衝 突 に よ っ て 形 成 さ れ た ピ ッ トや ク ラ ッ ク に せ き 止 め 圧 が 作 用 し破 壊 を 拡 大 す る 効 果 が,ス タ ン ドオ フ 距 離 が 長 い 領 域 に お け る 壊 食 は キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 泡 の 崩 壊 が 主 な 要 因 で あ る と考 え られ る.高 噴 射 圧 力 の 場 合 は,噴 射 圧 力 自 体 も壊 食 過 程 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す. 参 考 文 献 1) 山 口,高 圧 化 と トラ イ ボ ロ ジ ー,油 圧 と空 気 圧, 27-7(1996), 827/834 2) 宮 川,山 科,水 圧 サ ー ボ シ ス テ ム の 開 発,油 圧 と 空 気 圧,25-7(1994), 793/798 3) 清 水,山[,キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を 伴 う噴 流 の 衝 突 に よ る壊 食,油 圧 と空 気 圧,19-1(1988), 68/75 4)清 水,山 口,風 間,同上(第2報),油 圧 と空 気 圧, 221(1991), 57/62
5) Kleinbreuer, W., Untersuchung der
erkstoffzerstorung durch Kavitation in
olhydraulischen Systemen, Dissertation in TH. Aachen, 1979
6) 山 口,風 間,キ ャ ビ テ ー シ ョ ン壊 食 に 関 す る 研 究 (第3報),油 圧 と空 気 圧,24-4(1993), 490/497
7) Lichtarowicz,
A.,
Erosion
testing
with
cavitating
jet, Fluids Eng. Conf. Cavitation
Erosion in Fluid systems ASME (1981), 153/
161
8) 山 内,祖 山,安 達,佐 藤,進 藤,大 場,山 部,大 島,高 速 水 中 水 噴 流 の カ ッ テ ィ ン グ領 域 と ピー ニ
ン グ 領 域,機 論B,59-557(1993), 16/22
9) Murai, H., Shimizu, S. Wu Z-L., and
Noguchi, H. Structure of submerged water jet and erosion of materials, ASME FED-Vol. 190 (1994), 169/174
10) 清 水,釜 井,谷 岡,村 井,高 速 水 中 水噴 流 の流 動 構 造 と損 傷 特 性 に 及 ぼ す ポ リマ添 加 の影 響,機 論
Fig.15 Damaged surface at pi=69MPa, σ=
0.018, x/d=50, and jetting duration of 60s
B, 62-595(1996), 952/958
11) 沼 知,椎 名,キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 発 生 機 構 に 関 す る 一 寄 与(第1報)
,機 論, 3-11(1937), 177/181
