Cavitation damage in narrow channel

狭隘流路におけるキャビテーション損傷

直江 崇   ; 二川 正敏  

Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi

キャビテーション損傷は、核破砕中性子源において水銀ターゲット容器の構造健全性を著しく低下させることから、安定な高出力運転を行ううえで重要な課題である。次期の水銀ターゲット容器は、ビームが入射する先端部を内壁と外壁から成る2重壁構造とする計画である。2壁構造とすることによって、内壁の冷却効率が向上し、内壁厚さを増加できるため、許容できるキャビテーションによる壊食量が増加し、交換寿命を延長できる。加えて、内壁と外壁の間の狭隘部では、キャビテーション損傷の低減効果が期待できる。本研究では、壁面のギャップ及び圧力波の条件を系統的に変化させた損傷実験を実施し、狭隘部でのキャビテーション損傷について調べるとともに、狭隘部でのキャビテーション気泡の挙動について可視化実験と数値シミュレーションにより評価した。その結果、キャビテーション気泡の成長崩壊が壁の影響を受けて変化し、ギャップが狭いほど損傷が低減されることを明らかにした。

Cavitation damage is a crucial issue for realizing stable operation in the high-power spallation neutron source, because the damage reduces structural integrity of the target vessel. Double wall beam window is adopted for the next target vessel. The double wall structure is expected to prolong the lifetime of the target vessel by increasing the inner wall thickness. A damage reduction effect between the outer and the inner walls of the beam window is also expected. In order to demonstrate the effect of double wall, we conducted damage tests in the stagnant mercury with parametrically changing the gap width and the machine power. The experimental result showed that the cavitation damage formed between the two walls was reduced with decreasing the gap width. This may be caused by the suppression of cavitation bubble growth by the wall. The mechanisms of the damage reduction in the narrow channel were studied through the experiment and the numerical simulation.