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キャビテーション

キャビテーションとは、液体の圧力が飽和蒸気圧以下にまで減少したときに、液体が沸騰・気化する現象です。
キャビテーションが生じると同時に流れも変化するため、流体機械の性能に影響を与えます。

また発生した気泡が流されて圧力が高い場所に移動すると気泡が押しつぶされ、この時に高圧を生じ、
騒音や固体表面への壊食(エロージョン)を引き起こします。

このため、キャビテーションの正確な予測は重要な課題となっています。

水中翼に生じるキャビテーション

流体解析によってキャビテーションによって生じた気液界面を厳密に捉えるためには、極めて微細なメッシュを必要とするため、一般に困難です。そこでscFLOWではキャビテーションモデルとして均質媒体モデルを採用しています。このモデルでは、場所ごとの気相と液相の混合割合が計算されます。動画は水中に置かれた翼の上面で圧力が低下し、キャビテーションを生じる様子をシミュレーションした例です。ボイド率(気相割合)が0.1の等値面でキャビテーションを表現しています。

斜流ポンプの羽根車に生じるキャビテーション

ポンプや水車、スクリューといった流体機械は、一般に羽根車が高速で回転するため、キャビテーションが問題になりやすい機械と言えます。このためキャビテーションによる性能の低下や壊食の予測、さらにはキャビテーションそのものを防止するために、流体解析が活用されます。動画はscFLOWで斜流ポンプの羽根車に生じるキャビテーションを計算した例です。羽根の入口でキャビテーションが生じていることが確認できます。

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