キャビテーション

キャビテーションとは、流動力学的な作用によって局所的な静圧が蒸気圧を下回り、液体中に蒸気泡が形成される現象です。この泡は、より高い圧力にさらされるとつぶれ、通常は短時間で消失します。キャビテーションは、騒音や振動、構造的な摩耗および損傷の原因になり、性能低下につながります。

キャビテーションは、流体流れを伴う以下のような多くの製品で問題になる可能性があります。

  • ポンプ(容積式)
  • 燃料噴射器
  • バルブ
  • 圧縮機
  • ターボチャージャー
  • プロペラ(およびその他の海洋アプリケーション)
  • 余水路

一方、キャビテーションを制御下で有効に利用する以下のようなアプリケーションもあります。

  • 超音波デバイス(衝撃波砕石)
  • 表面洗浄用キャビテーションジェット
  • 低抗力型魚雷および船体

適切な設計を1回で得るには、設計プロセスの早期にキャビテーションを特定し、診断する必要があります。ただし、一般的には、キャビテーションが高レベルに達し、明らかな騒音と振動を発しないかぎり、物理試験段階でキャビテーションを特定するのは不可能です。キャビテーションが特定されても、キャビテーションが問題の根源なのかを確認するのは容易ではありません。多くの数値流体力学(CFDComputational Fluid Dynamics)ソフトウェアは、キャビテーションの予測が困難です。これは、構造部品の動きを考慮できず、キャビテーションの正確なシミュレーションに通常必要になる流体解析と物理現象を連成できず、さらにキャビテーションモデルがまったくないか、あってもごく限られているからです。キャビテーションを正確に予測できなければ、設計の効果的な最適化や、動作パラメータおよび限界値の設定ができず、製品を予測外の振動や損傷にさらすことになりかねません。

Pump cavitation

ANSYS Fluentによるジーローターポンプ内のオイル体積のシミュレーション。歯車の壁面にキャビテーションの範囲(赤)が示されている。

キャビテーションを正確にシミュレーションできれば、エンジニアリングチームは迅速に代替製品を評価し、競争の激しいスピード重視の環境で、効率、信頼性、安全性、耐久性の向上を目指して設計を前進させることができます。ANSYS CFDは、キャビテーションの正確かつ迅速な解析に必要な機能セットを備えています。キャビテーションが問題になるアプリケーションで一般的に見られるインペラーや羽根など、動きのある要素の正確なモデリングは、ANSYSの動的または移動メッシュ機能を使用すれば簡単です。ANSYS CFDでは、多くのキャビテーションアプリケーションの重要特性である、流体と構造間の相互作用を難なく予測できます。ANSYSなら、幅広いキャビテーションおよび乱流サブモデルの中からアプリケーションに最適なモデルを選び、きわめて正確な混相流モデリングが行えます。キャビテーションは重要な数値流体力学アプリケーションであり、正確に把握することが不可欠です。

キャビテーション:正確に把握することが必要な重要アプリケーション