JP2020517433A - キャビテーションの防止 - Google Patents
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Abstract
Description
を用いて、レイノルズ数によって与えることができる。
この場合、δは、境界層の厚さであり、xは、δが計算された面の縁部からの距離であり、Reは、レイノルズ数である。レイノルズ数は、例えばプロペラのブレードなど平坦な面の上の流れの速度の尺度である。境界層の厚さおよび境界層を補充する必要がある割合は、第2の流体の体積流量を計算するのに使用することができる。しかしながら境界層の厚さ、および第2の流体の体積流量などのその他の関連する流体力学パラメータを求めるのに最適な方法は、例えば水中翼船の面とプロペラの面など面のタイプおよび用途によって決まる。
によって与えられ、
ここでは、ρは水の密度であり、Vはバルク流速であり(すなわち静止したプレートからの無限距離における)、μは水の動的粘度であり、xは面の長さである。
この場合、Cは溶質濃度であり、Dは拡散係数である。最初の条件では、完全に脱気された水が大気圧で空気に曝されたとき、水の面に極めて薄い層が生じるはずであり、これは、(約1mMの)飽和した溶解後の濃度になる。このような層は急速に形成され、その飽和濃度をこのときから先まで維持し(大気と均衡した状態で)、溶解した気体は水に拡散することになる。よって、境界条件に対してフィックの法則を解く必要があり、tのいかなる値についてもx=0である場合、C=C0であり、t=0であるときのx>0についてCx=0である。また、tが極めて大きくなるとき、xのいかなる値についてもCx=C0である。このような条件の下でのフィックの法則の解法は、
この場合、誤差関数は、表を用いて、またはこの計算について言えば一連の数式を用いて計算することができる。
(1)例示のシステム設定
一実施形態では、キャビテーションに対する脱気効果を測定するのに水道水が使用された。水道水を脱気するのに、小さな中空の繊維の薄膜(モデル:米国、シャーロット、Membranaによって供給された2×6 Radial Flow Superphobic)が使用された。到達圧力≦2.5×10-2mバールを有する真空ポンプ、Fossa FO 0015 A(オーストラリア、シドニー、Busch)は、事前に乾燥させたシリカゲル、すなわち粒状体を包含する2つの5Lパイレックス(登録商標)ガラスタンクを利用して水蒸気への暴露から保護され、小さい膜板水ポンプ(モデル:FloJet-D3732-E5011)を利用して薄膜の中で水道水を循環させながら水道水から気体を蒸発させるのに使用された。水道水の中の溶解した酸素レベルをモニタするために、1ppbの検出限界のInPro6900酸素電極システム(オーストラリア、メルボルン、Mettler-Toledo Ltd)が上記の実験で使用された。
脱気レベルを高めることで、キャビテーションが観察される前のプロペラの速度も高めることができた。このような回転速度/脱気測定の結果が表1に集計されており、これは、より高い脱気レベルは、システムにおけるキャビテーション圧力をより高くすることを明らかに示している(このデータは、図6における水のキャビテーションの理論上の値によって得られた)。一例として、2960rpmの最大回転速度においても、70%の脱気がキャビテーションを阻止するのに十分であることがわかった。
気体と均衡する水の中に浸された回転するプロペラのブレードの低圧側の近くで、脱気された水が局所的に取り込まれた。パースペックスの管の中で、自由に流れるガス化された水道水と、(80%)脱気された水(60mL/分、すなわち約10分の1の水の流量)が、湾曲した金属製のパイプおよび穴パイプを通って別々に取り込まれた。ガス化された水道水のみがパースペックスの管の中を流れる場合、視覚的なキャビテーションが生じるが、プロペラのブレードに隣接して放出される脱気された水の局所的な流れが始まると、全てのキャビテーションは止まる。このような実験は、4つのブレードのプロペラを利用して2300rpmの高い回転速度で実施された。脱気された水の流れが始まったときのキャビテーションの音の中断もまた明白であり、これは速やかであった。
(80%)の脱気された水が放出される前後の回転するプロペラの再試験において、有効な脱気された水の境界層の存在と保持に関する根拠が存在した。これは、上部の回転するブレードのみに流された脱気された水の放出(バックグラウンド流れの10分の1の流量で)が、図1および図2に見られるように、ブレードが次の180°を回転したときと同じ効果を生むという観察から生じている。
Claims (27)
- 第1の流体に対して相対的に移動する面のキャビテーションを低減させる方法であって、
少なくとも一部が脱気された第2の流体を、前記第2の流体により前記面に境界層が形成されるように前記面に向けて流す段階を含み、
それにより前記境界層は、前記面でのキャビテーションを起こすのに必要な負圧を少なくとも部分的に増加させ、前記相対的移動の間のキャビテーションの発生を低減させる、方法。 - 前記第2の流体は、前記第2の流体のガス平衡形態に対して50%超に、例えば80%に脱気される、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の流体は、第1の体積流量で前記面に向けて流される、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記第1の流体は、第2の体積流量で前記面に向けて流され、前記第1の体積流量は、前記第2の体積流量の50%以下である、請求項3に記載の方法。
- 前記第2の流体は、前記境界層を形成するために、パルス流を用いて前記面に周期的に流される、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の流体は、前記面に関する低圧領域に流される、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の流体は、前記第1の流体に開いた出口を有する導管を通して供給される、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記導管は、前記面に関する低圧側に位置付けられる、請求項7に記載の方法。
- 前記面は、プロペラ、水中翼船、羽根車、ピストン、弁本体、制御弁、オリフィスまたは配管のうちの少なくとも1つに配置されるか、またはその一部を形成する、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の流体は、前記第1の流体の脱気された形態である、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の流体および/または前記第2の流体は水溶液である、請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記水溶液は海水である、請求項11に記載の方法。
- 前記境界層を形成するために前記面に向けて流される第2の流体の前記流れを制御するために流量制御装置を作動させる段階をさらに含む、請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の方法によってキャビテーションが低減される面を有する船。
- 第1の流体に対して相対的に移動する面のキャビテーションを低減させるためのシステムであって、
第2の流体を少なくとも一部を脱気するように構成された脱気装置と、
前記脱気装置と連通し、前記少なくとも一部が脱気された第2の流体を収容するように構成された貯蔵槽であって、前記第2の流体を前記面に向けて流すように配置された出口を有する貯蔵槽と
を備え、
前記システムは、前記少なくともが脱気された第2の流体を前記面に向けて流すことにより前記面に境界層を形成するように構成され、それにより前記境界層は、前記面でのキャビテーションを起こすのに必要な負圧を少なくとも部分的に増加させ、前記相対的移動の間のキャビテーションの発生を低減させるように適合されている、システム。 - 前記脱気装置は、前記第2の流体のガス平衡形態に対して50%超に、例えば80%超に前記第2の流体を脱気するように構成されている、請求項15に記載のシステム。
- 前記システムは、前記第2の流体を第1の体積流量で前記面に向けて流すように構成されている、請求項15または請求項16に記載のシステム。
- 前記第1の流体は、第2の体積流量で相対的に移動し、前記第1の体積流量は、前記第2の体積流量の50%以下である、請求項17に記載のシステム。
- 出口が、使用中前記面に関する低圧側に位置付けられる、請求項15から請求項18までのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記面は、プロペラ、水中翼船、羽根車、ピストン、弁本体、制御弁、オリフィスまたは配管のうちの少なくとも1つに配置されるか、またはその一部を形成する、請求項15から請求項19までのいずれか一項に記載のシステム。
- 出口が、プロペラ、水中翼船、羽根車またはピストンに設けられる、請求項20に記載のシステム。
- 出口が、導管の一端に向かって、または導管の一端に設けられる、請求項15から請求項21までのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記面に向けて流される第2の流体の流量を制御するために前記貯蔵槽に連通する流れ制御装置をさらに備える、請求項15から請求項22までのいずれか一項に記載のシステム。
- 第1の流体に対して相対的に移動する面のキャビテーションを低減させるためのシステムであって、
第2の流体を脱気するための脱気装置と、
第2の流体を保持し、前記脱気装置に連通する貯蔵槽と、
前記第2の流体を前記面に向けて流すために前記貯蔵槽に連通する出口と
を備えるシステム。 - 前記出口を通る前記脱気された第2の流体の供給を制御するための流れ制御装置をさらに備える、請求項24に記載のシステム。
- 請求項15から請求項25までのいずれか一項に記載のシステムを備える船。
- 請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載の方法を利用して作動される、請求項15から請求項26までのいずれか一項に記載のシステムを備える船。
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