キャビテーション — 先端技術と研究動向

いくつかの方向性がある。

シート状キャビティの後端が周期的に崩壊してクラウド（蒸気塊）を放出する。Re-entrant jetや衝撃波の伝播による崩壊メカニズムが競合し、$St = fL_c / U_{\infty} \approx 0.2$〜0.3 の周期性を持つ。

LES/DESでこの非定常挙動を捕捉する研究が活発で、Schnerr（TUM）やBensow（Chalmers）のグループが先端的な成果を出している。

液体水素や液体窒素では蒸発潜熱の吸収により局所温度が低下し、蒸気圧も下がる。この熱力学的効果がキャビテーションを抑制する。B-factorで評価する。

ロケットエンジンのターボポンプ設計（NASA、JAXA）で重要なテーマだ。Fluent、CFXに熱力学効果を追加したモデルがある。

壁面近傍での気泡崩壊では非球形変形が起き、壁面に向かうマイクロジェット（数百 m/s）が発生する。これを直接解くDNSが進んでおり、Tinguely（ETH）やJohnsen（Michigan）のグループが代表的だ。

キャビテーション発生の予測やエロージョンリスク評価にCNN/GANを適用する研究が増えている。CFDの非定常計算は計算コストが高いため、サロゲートモデルによるリアルタイム予測が期待されている。