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Suppression of cavitation inception by gas bubble injection; A Numerical study focusing on bubble-bubble interaction

ガス気泡注入によるキャビテーション初生の抑制; 気泡間相互作用に着目したシミュレーション研究

井田 真人; 直江 崇   ; 二川 正敏  

Ida, Masato; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi

ガス気泡注入が持つキャビテーション抑制効果を明らかにするため、負圧下でのキャビテーション気泡とガス気泡の挙動を数値的に解析した。われわれの最近の研究により、機械衝撃を受けた水銀中でキャビテーションが発生すること、そしてそれが核破砕中性子源(J-PARC水銀ターゲット)に深刻なダメージを与えるだろうことが明らかになった。本論文でわれわれは、水銀中に先在するガス気泡との相互作用までを考慮した理論モデルにより、水銀中キャビテーション気泡の挙動に関する数値的・理論的検討を行った。この検討により、注入されたガス気泡が放射する正の圧力波が水銀中の負圧を低減し、それによってキャビテーションの発生が抑制されることが明らかになった。この結果はガス気泡注入がキャビテーション損傷を低減する効果を持つことを示すものである。

The dynamic behavior of cavitation and gas bubbles under negative pressure has been studied numerically to evaluate the effect of gas bubble injection on the suppression of cavitation inception. In our previous studies it has been demonstrated by direct observation that cavitation occurs in liquid mercury when mechanical impacts are imposed and it will cause cavitation damage in spallation neutron sources. In the present paper, we have performed numerical investigations on the dynamics of cavitation bubbles in liquid mercury using a multibubble model that takes into account the interaction of a cavitation bubble with preexisting gas bubbles through the bubble-radiated pressure waves. The numerical results suggest that cavitation inception is suppressed by the positive pressure wave radiated by the injected large gas bubbles which decreases the magnitude of the negative pressure in the mercury.

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パーセンタイル:92.11

分野:Physics, Fluids & Plasmas

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