静止及び流動水銀中におけるガス気泡生成解析

Numerical study on gas bubble formation in stagnant and flowing mercury

Bucheeri, A.; 粉川 広行  ; 直江 崇   ; 二川 正敏  ; 前川 克廣*

Bucheeri, A.; Kogawa, Hiroyuki; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Maekawa, Katsuhiro*

液体水銀ターゲットを用いた高出力核破砕中性子源では、高強度のパルス陽子線入射に励起される圧力波によって水銀中にキャビテーションが生じる。このキャビテーションを抑制するために、水銀中に直径50から200m程度のマイクロバブルを注入することを検討している。気泡注入による効果は、注入する気泡サイズと気泡率に依存する。そこで、水銀中におけるノズル先端からのマイクロバブルの生成挙動を調べ、マイクロバブル生成技術を開発するために、数値流体力学コードを用いた静止及び流動水銀中における気泡注入シミュレーションを行った。その結果、静止水銀中では、気泡はノズル外壁を這うように成長することを明らかにした。また、流動水銀中では、水銀流の抗力とせん断力により、静止水銀中と比較して小さな気泡となることを確認した。

A high-power liquid mercury target system for spallation neutron source is being developed in Japan Atomic Energy Agency. Cavitation will be induced by pressure waves which are caused by high intense proton beam injection into mercury. Injection of microbubbles in mercury with 50 to 200m in diameter may be effective to mitigate the cavitation. The effectiveness is dependent on bubble size and population. To investigate the behavior of bubble formation in mercury from a nozzle and develop microbubbles injection technique, numerical simulation on bubble injection in stagnant and flowing mercury were carried out using a Computational Fluid Dynamics (CFD) code. The simulation in stagnant showed that bubble grew around the outer wall of the nozzle. Bubble computed under flowing condition was smaller than that in stagnant due to the drag and shearing fources induced by mercury flow.