課題 ポンプキャビテーションによる変動に関する研究 背景 　流体機械内において，局所的に圧力が飽和蒸気圧以下になると，その部分の液体から気泡が発生する．この現象がキャビテーションである．キャビテーションには，同一周期同位相で膨張，収縮を繰り返すキャビテーションサージと羽根車に対して回転しているように見える旋回キャビテーションという現象がある． Figure 1. 水の飽和水蒸気圧線図 Figure 2. キャビテーション Figure 3. 船のスクリュー 目的 　キャビテーションによって発生した気泡は，凝縮することで，騒音や振動の発生，揚水能力の低下，ポンプの部品の壊食現象といった問題を引き起こす．実際にキャビテーションの影響を受ける例として，船のスクリューや水車が挙げられる．船のスクリューは回転数を上げると，スクリュー周辺にキャビテーションが発生し，推進力が減少する．これらのことから，キャビテーションの抑制法を確立する必要がある．それには，キャビテーションによって発生する騒音や振動といった問題の原因となる，圧力変動について知る必要がある．そこで本研究では，遠心ポンプ内に発生するキャビテーションとその圧力変動の関係性について調査した． 　 方法 　実験と数値計算を行ってキャビテーションについて研究をする．本研究では，商用ソフトウェアANSYA CFX 2022 R2を用いて数値計算を行う．そして，非定常計算で得られたデータを基に，FFT解析を行う．本実験装置は閉ループキャビテーショントンネルと呼ばれ，タンクに注水をし，真空ポンプで減圧を行い，水を流し，ポンプに発生するキャビテーションを観察する． Figure 4. 計算領域 Figure 5. 測定点 Figure 6. 実験装置 結果 　図10はキャビテーション数0.12のときの羽根車の様子であり，白色で表されている部分は気相体積割合が0.1以上の場所で，キャビテーションを示す．キャビテーションが羽根ごとに伸び縮みを繰り返し，羽根車に対して回転しているように見えることから旋回キャビテーションが発生していることが確認できる．また，図11は圧力係数とキャビテーション体積の変動を表したものである． 青い線が圧力係数，赤い線がキャビテーション体積であり，圧力係数とキャビテーション体積が逆位相で変動していることが分かる．図12はキャビテーション数0.12のときの羽根車の様子である．翼の負圧面においてキャビテーションが発生していて，伸び縮みを繰り返し，羽根車に対して回転しているように見えるため，数値計算同様，旋回キャビテーションが発生していることが分かる． Figure 7. 数値計算による羽根車の様子 Figure 8. 圧力係数とキャビテーション体積の変動 Figure 9. 実験による羽根車の様子