Bubble flow simulations in target vessel

ターゲット容器中の気泡流動解析

羽賀 勝洋  ; 粉川 広行  ; 涌井 隆  ; 直江 崇   ; 二川 正敏  ; 山崎 将伍*; 田中 伸厚*

Haga, Katsuhiro; Kogawa, Hiroyuki; Wakui, Takashi; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Yamazaki, Shogo*; Tanaka, Nobuatsu*

水銀ターゲットでは、高出力の陽子ビームに照射されて生じる瞬間的な熱ショックにより圧力波が引き起こされ、これによって生ずる壁面のキャビテーション損傷が重要な問題となっているが、水銀中に微小気泡を注入する手法は圧力波を抑制する有望な技術の一つである。圧力波抑制のための微小気泡注入システム研究の一環として、実機ターゲット容器中での微小気泡流動に関する予備解析を行い、最適な気泡注入条件を調べた。解析にはFLUENTコードを用いた。二次元解析では、50mの気泡径であればターゲット全長に相当する2000mmの距離にわたって、浮力による上昇量が少なく気泡を運べることがわかった。次に行った3次元解析では50mと300mの気泡径の場合について流動解析を行った。その結果、気泡径に応じて最適な箇所から気泡を注入すれば、気泡を希望する場所に運び分布させることができる見通しを得た。

Pitting damage on the target vessel wall caused by the pressure wave is one of the crucial issues to realize a pulsed high-power mercury target for spallation neutron sources. Micro-bubbles injection into mercury is one of prospective technologies to mitigate the pressure waves. As one of the studies for bubbling system design for pitting damage mitigation, preliminary simulation of bubble flow field in the actual target vessel was carried out and the optimal condition of bubble injection was investigated. The simulations were carried out with FLUENT. In two dimensional simulations, the bubbles of 50 m diameter could be carried more than 2000 mm, which corresponds to the length of the target vessel, with small rising height. Then three dimensional simulations were carried out for the case of the bubble diameter of 50 m and 500 m. As results, we could have prospect that bubbles are distributed to the desirable regions when they are injected in proper position according to the bubble diameter.