狭隘流路中の気泡崩壊によるジェット噴出に及ぼす壁面距離の影響

Effect of solid wall distance on jet ejected by bubble collapsing in narrow channel

直江 崇   ; Wan, T.; 粉川 広行  ; 二川 正敏  

Naoe, Takashi; Wan, T.; Kogawa, Hiroyuki; Futakawa, Masatoshi

J-PARCの核破砕中性子源水銀ターゲットでは、水銀中にガス膜を形成し、陽子線入射によって発生する圧力波の伝ぱをガス膜によって抑止し、ターゲット容器のキャビテーション損傷を低減するための検討を実施している。ガス膜近傍に生じたキャビテーション気泡の攻撃性を評価するための基礎研究として、自由界面界面近傍での圧力波及びそれに伴って発生する液面からのジェット噴出について、水中火花放電によって発生させた圧力波の音源から界面までの距離及び音源から壁面までの距離を系統的に変化させて調べた。その結果、液面からのジェット噴出は、壁面及び液面からの距離に大きく依存し、最大でも40m/s程度であり、キャビテーション気泡崩壊によるマイクロジェット(100200m/s)と比較して十分小さく、損傷形成への寄与は小さいことが分かった。また、マイクロジェとは、自由界面とは逆方向に噴出する傾向がみられ、ガス膜形成によりキャビテーション損傷を低減できる可能性を示唆した。

Pressure wave propagation and following cavitation bubble and liquid jet from free-surface were analyzed through the high-speed photography method to study the effect of gas wall on pressure wave mitigation in mercury target for J-PARC. Spark discharge system was used as the pressure wave generator in acrylic tube filled with water. Distance among the source of pressure, the wall, and free-surface were parametrically changed in order to investigate the effect of the boundary conditions on jet behaviors. It was found that the velocity of liquid jet is changed correlated with the both of distances from free surface and wall. Velocity of jet is sufficiently smaller than the velocity of microjet (100200 m/s), which is emitted during the collapsing of cavitation bubble and is dominant factor to produce cavitation erosion. Therefore, it was suggested that the gas wall has the potential to reduce the cavitation damage of the mercury target.