Analytical study of volumetric scroll pump for liquid hydrogen circulating system

冷減速材システムのための体積型スクロールポンプの解析的研究

Kritmaitree, P.; 秋山 光庸*; 日野 竜太郎; 神永 雅紀  ; 寺田 敦彦*  

Kritmaitree, P.; Akiyama, Mitsunobu*; Hino, Ryutaro; Kaminaga, Masanori; Terada, Atsuhiko*

大強度陽子加速器計画では、物質・生命科学実験施設の中性子源に用いる冷減速材システムの設計を進めており、システムの合理化のために液体水素を循環させる体積型スクロールポンプの開発が急務となっている。スクロールポンプは、原理的に高効率,低騒音低振動,高信頼性が期待できるため、冷媒圧縮機などとして実用化され、運動性能の向上を目的に広く研究開発が進められている。本報では、液体水素への適用性を調べるため、ポンプ内の流れ場について低レイノルズ数型k-乱流モデルを用い数値解析を実施し、歯形の並進回転運動に伴う圧力変動を移動境界アプローチにて検証した。その結果、円滑な吐き出し流動を実現できる見通しを得た。

The paper presents analytical results of suction process of a volumetric scroll pump, which will be developed for circulating liquid hydrogen in a cold moderator system. The multi-block grid generation approch has been applied to generate a moving boundaries computational model. The finer mesh patterns have been generated in the near-wall regions. The analysis has been carried out under liquid hydrogen flow conditions. The analytical results show that at the end of suction process the relative pressures increase significantly in a pocket while decrease continuously in another pocket. This phenomenon might damage scroll pump components if the high-pressure side is too high and/or the low-pressure side is too low until the cavitations occur. Therefore, the pockect should open to the discharge chamber before it closes and separates from the suction chamber in order to prevent the cavitations and extremely high-pressure regions.