表題番号：2003A-576 日付：2005/03/23
研究課題高速ウォータージェットの流動構造の解明とその材料加工への応用
研究者所属（当時） 資格 氏名
（代表者） 理工学術院 教授 山本　勝弘
研究成果概要
　本年度は，水中の高速ウォータージェットと大気中の超高速パルス形ウォータージェットについてそれぞれ以下のような実験と数値解析を実施した．
(1)キャビテーションジェット
　高速キャビテーションジェットの加工能力におよぼすノズルキャップ形状の影響を調べるため，穴径0.155mmのオリフィス形ノズル出口に内径4mm,長さ5-40mmのノズルキャップを取り付け，吐出圧200MPa，噴射時間1200sでアルミニューム試験片による壊食実験を行った．また，キャビテーションジェットの流動特性を理論的に解明するため，大気圧下の静止水中に一定速度の水噴流を噴射したとき生じるノズル出口近傍の流れ場を非圧縮性粘性流れとして数値計算した．その結果，①質量欠損はノズルキャップ長さが10mm以上で急激に減少する，②キャビテーションによる試験片表面の損傷面積はキャップ出口からの距離が30mmを過ぎると，キャップ長さの増加と共に小さくなる，③円筒座標系でHSMAC法を適用し，噴流速度として実験値を与えると高周波の渦発生が認められたが，計算格子点に擬似的なキャビテーション気泡を配置すると計算可能な噴流速度は著しく低下する，こと等が分かった．
(2)パルス形ウォータージェット
　流速500m/s級の大気中超高速パルス形ウオータージェットを２次元直角座標系でCIP法により数値解析し，シュリーレン法による噴流写真などと比較した．その結果，①CIP法は高速な気中水噴流の挙動解析に有用なスキームである，②気液界面及び気中衝撃波などの不連続面においては1次精度の風上差分を一部併用することで，数値振動や数値拡散を容易に抑制できる，③ノズル出口の流速を一定とするとCumulation方式に，ノズル出口の流速を急激に増加させるとImpact-Extrusion方式に近い噴流が得られる，こと等が分かった．