Direct observation and theoretical study of cavitation bubbles in liquid mercury

水銀中キャビテーション気泡の直接観察と理論解析

井田 真人; 直江 崇*   ; 二川 正敏  

Ida, Masato; Naoe, Takashi*; Futakawa, Masatoshi

J-PARC水銀ターゲットの開発で重要課題となっている水銀中キャビテーションに関し、機械衝撃によって水銀中に発生したキャビテーション気泡の直接観察と、その実験結果に関する理論的・数値的検討を行った。水銀表面に設置したガラス窓を通し、窓近傍に現れたキャビテーション気泡の成長挙動を高速度カメラによって捕らえた。発生した気泡の成長率について解析を行い、実験値と単一気泡モデルによる解析値の間に不一致が見られること、そして気泡-気泡間及び気泡-壁間の相互作用を考慮した理論モデルによってその不一致の原因を説明できることを示した。また、複数気泡系における気泡成長率を記述する理論式を導き、一定の負圧下での成長率の時間依存性を明らかにした。

The direct observation of cavitation bubbles emerging in liquid mercury under the action of mechanical impacts and theoretical investigations on the experimental results have been made. Through a glass wall, the image of cavitation bubbles appearing near or in contact with the wall was captured by high-speed cameras. Discrepancies found between the bubbles' growth rates determined experimentally and given by a single-bubble theory have been discussed using a theoretical model of Rayleigh-Plesset type that takes into account bubble-bubble and bubble-wall interactions. A theoretical equation for the asymptotic growth rate in a multibubble case has been given and time dependence of the growth rate under a constant negative pressure has been clarified.