Wettability effect on bubble formation at orifice type nozzle

オリフィス型ノズルの気泡生成における濡れ性の影響

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*

J-PARCには、水銀をターゲット材に用いた核破砕中性子源が設置される。高出力の陽子線が水銀に入射すると、圧力波によってキャビテーションが誘発される。キャビテーション損傷を抑制するために、直径50-200m程度のマイクロバブルを水銀中へ注入することを検討している。しかしながら、水銀は濡れ性が悪いため、水銀中における気泡の生成は困難である。また、水銀は不透明であるため、水銀中における気泡生成の観察は困難である。そこで、濡れ性が悪い条件における気泡生成挙動を再現するために、濡れ性を人工的に変化させて水中で気泡生成実験を行った。穴径100mのオリフィスからの気泡の成長過程を高速度ビデオカメラにより観察した。さらに、オリフィスからの気泡の成長に濡れ性が及ぼす影響を調べるために、数値解析を行った。その結果、生成される気泡直径は接触角に依存し、濡れ性が悪くなるに従い気泡直径は増大した。

A mercury target system will be installed in Japan Proton Accelerator Complex (J-PARC). High intense proton beams injected into the target will induce cavitation by pressure waves. Injection of microbubbles with 50 to 200 m in diameter into mercury may be effective to reduce cavitation damage. Bubble generation in mercury is difficult because of its poor wettability. Therefore, we artificially change wetting condition in water to simulate bubble formation in poor wetting conditions. Experimentally, visualization of bubble growth at an orifice type nozzle of 100 m in diameter was done by a high-speed CCD camera. Wetting condition on the orifice surface was worsen by coating it with a water-repellent. Computational Fluid Dynamics simulation was carried out under stagnant water to understand the effect of wettability on bubble formation from the orifice nozzle. It was found that the bubble diameter depends on contact angle and it increases as wetting become worse.