Case

解析事例

プロペラの回転によるキャビテーションの発生（複製）

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  • 製品名

    • OpenFOAM

  • カテゴリー

    • 熱流体解析事例

  • 産業分野別

    １．キャビテーション解析の概要

    OpenFOAM_18
    図1.　モデル概要

    オープンソースの数値計算ソフトウェア「OpenFOAM」を利用して、回転するプロペラ周りの流れ解析をおこないました。計算に使用したソルバーは、相変化が考慮できるinterPhaseChangeDyMFoamで、VOF法をベースに、キャビテーションの発生状況を再現することができます。ただし、等温で不混和流体(＝非混合)限定になります。

     

    図1に解析モデルの概要を示します。円筒状の計算領域内にプロペラを配置し、キャビテーションの発生状況とキャビテーション数を調査しました。

    2.　OpenFOAMの計算条件

    OpenFOAM_19-1
    図2　境界条件

    プロペラの回転は、AMI(Arbitrary Mesh Interface)機能でプロペラ周囲のメッシュのみ回転させました。流入と流出境界は圧力固定で、外側の円筒壁面はnon-slipの壁境界(速度0)としました。図2に境界条件を示します。

     

    表1に計算で使用した物性値を、図3にプロペラの回転速度を示します。 

    OpenFOAM_20
    表1.　物性値
    OpenFOAM_21
    図3.　プロペラの回転速度

    3.　interPhaseChangeDyMFoamソルバーの計算結果 

    流線とキャビテーション発生状況のアニメーションを示します。 

     

    流線のアニメーション

     

    キャビテーションのアニメーション 

    ・　OpenFOAMでは物性の異なる複数のインクのインクジェット解析を行えます。
    ・　OpenFOAMのVOF法は、空気の流動も考慮することができるため、液滴やサテライトに影響を与える空気の流れも確認できます。      。

    ４.　まとめ

    • プロペラの回転速度が速くなるにつれて、キャビテーションの発生領域が大きくなることが確認できました。
    • 0.07秒付近からキャビテーションが発生していました。この時点では、プロペラの回転速度は約147[rad/s]であり、プロペラ周囲で8[m/s]程度の流速が見られました。このときのキャビテーション数は3.07です。
    • 0.3秒でプロペラの回転速度は628.32[rad/s]に達し、プロペラ周囲で21[m/s]程度の流速が見られました。このときのキャビテーション数は0.45です。 

     

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