キャビテーションは、産業界において、ポンプ、インジェクター、プロペラ周り、水中翼船などで 多く発生します。 この現象は、構造体に著しい損傷と騒音を引き起こすため、注目されています。 キャビテーション（気泡を作る）の流れは、液体と気泡の相変化により、局所的に圧力が液体の気泡圧以下に落ち る場合に発生する特性があります。[1]参照 産業界では、キャビテーションがしばしば急速な相変化にともなう乱流が発生します。 キャビテーション界面上で、流体の密度と粘度は急激な変化が起きます。 この急激な変化は、広範囲の長さと時間規模を持つ乱流流れと一緒に、キャビテーションフローの 解析を非常興味深いものにします。

このショーケースでは、ADINAを使った3例題のキャビテーション流れの解析をご紹介します。 キャビテーションモデルは、Volume-of-Fluid法（VOF法）を使い作られています。

1つ目の例題は、2D軸対称の半球のキャビテーション問題です。図1に概略図を示します。

以下表1に、材料特性を示します。

2D軸対称のキャビテーション問題におけるレイノルズ数は以下式になります。

ρは液体の密度、μは液体の動粘度です。Dは半球シリンダーの直径です。 Uは流入口の速度です。 この問題における、密度と粘度の割合は、それぞれ58706と100です。 圧力境界条件は、流出口に指定します。値は、キャビテーション数から得られます。

は液体の気泡圧力です。解析は、3つの異なるキャビテーション数 （σ=0.2、0.3、0.4）で実施します。

図2〜4は、参考[2]のZGBモデルを使い計算された、キャビテーション領域近傍の解析結果です。 σ=0.2のときの、図2がVOF法のコンター図、図3が流速結果、図4が圧力コンター図です。

計算結果と実験（参考[4]の3次元で行われた実験）の圧力係数分布を異なるキャビテーション数毎に比較したグラフを図5に示します。 計算結果および実験結果で、極めてよく一致しています。

圧力係数は、で定義されます。 s/Dは、無次元の距離です。sは、軸方角に半球シリンダの中心点からスタートする表面に沿った距離です。 Dは、半球シリンダの直径です。（図1の赤色部分参照）

次の解析事例は、2つの異なるキャビテーションモデルを使った3D上の問題です。 3D形状は、2D形状を軸対称に回転させて作成しています。図6a参照。 材料特性は2Dのときと同じです。境界条件も2Dと同じですが、3Dに適合するように構成されます。 計算結果は、キャビテーション数σ= 0.3の図6bと6c(VOF法コンター図)と図7にプロットします。 これも、ADINAがキャビテーション流れの3D解析でうまくいくことをしめします。

図6　3D半球シリンダーのキャビテーション流れ： (a)概略図　 (b)キャビテーション数σ= 0.3でのZGBモデルを使ったVOF法コンター断面図　 (c)キャビテーション数σ= 0.3でのKunzモデルを使ったVOF法コンター断面図

3つ目の解析事例は、NACA0015水中翼船の翼まわりの2Dキャビテーション流れです。 図8に概略図を示します。材料特性は表2に示します。 翼のコード長に基づいたレイノルズ数は1.09×106です。 このケースにおける、密度と粘度の割合は、それぞれ43391と110.6です この解析には、ZGBモデル（[2]参照）を使います。キャビテーション数は1.0です。

トップのアニメーションはキャビテーション流れの動的遷移状態が、水中翼の吸込み側の上面で明白に 観察することができます。 動的プロセスの典型的な特徴は、翼の前縁付近でキャビテーションが発生することです。 そして、蒸気泡は、小さな泡へ崩壊する前に、前翼面に沿って短距離を移動します。

ADINAは非常に大きな密度と粘度比のキャビテーション流れの的確な解析し、キャビテーショ ンのコントロールと減少が、どの部分で重要であるかを、多くの産業界に応用し役立てるために に利用することができます。

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