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液中渦キャビテーション評価における表面張力モデルの開発

Development of the surface tension model for the evaluation of vortex cavitation

伊藤 啓; 江連 俊樹 ; 大島 宏之; 河村 拓己*; 中峯 由彰*

Ito, Kei; Ezure, Toshiki; Ohshima, Hiroyuki; Kawamura, Takumi*; Nakamine, Yoshiaki*

ナトリウム冷却高速炉の安全設計クライテリア研究において、液中渦キャビテーションの防止は重要な課題の1つであり、著者らは数値解析に基づく液中渦キャビテーション発生評価手法の開発を進めている。本研究では、径方向の圧力分布と気液界面での圧力ジャンプ条件に基づいてキャビティ径を計算する表面張力モデルの開発・導入を行い、評価手法の精度を向上する。表面張力モデルの基本検証を行うため、液中渦基礎試験を対象として様々な流速・圧力条件下における評価を行い、キャビティ径に関して定性的に適切な値が得られること、すなわち、流速の増加によって渦中心圧力が減少してキャビティ径が増加することを示し、開発したモデルが物理的に適切なものであることを確認する。

The prevention of vortex cavitation is one of key factors in the safety design criteria for sodium-cooled fast reactors. Therefore, the authors have developed a CFD-based evaluation method to determine the occurrence of the vortex cavitation. In this paper, the accuracy of the evaluation method is enhanced by developing a surface tension model by which the cavity radius is calculated in consideration of radial pressure distribution, saturated vapor pressure and the pressure jump condition at an interface. As a basic validation of the developed surface tension model, numerical analyses of a simple experiment under various velocity and pressure conditions are performed. The evaluation results give qualitatively appropriate cavity radius which becomes larger with the higher liquid velocity and/or lower reference pressure. Therefore, the developed surface tension model is considered to be physically-appropriate.

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