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旋回流を用いた微小気泡発生装置の特性評価

Experimental evaluation of characteristics of the microbubble generator using swirl flow

池田 翼; 粉川 広行; 直江 崇  ; 川村 駿介; 田中 伸厚*; 二川 正敏

Ikeda, Tsubasa; Kogawa, Hiroyuki; Naoe, Takashi; Kawamura, Shunsuke; Tanaka, Nobuatsu*; Futakawa, Masatoshi

J-PARCのパルス核破砕中性子源で使用されている水銀標的では、陽子線入射による水銀の急激な熱膨張が引き起こす圧力波により、水銀を内包するステンレス鋼製の容器にキャビテーション損傷が形成される。この損傷は、中性子源の高出力安定運転を達成するための課題となっている。圧力波を低減するための技術の1つである水銀中への微小気泡注入を実施するために、旋回流型の微小気泡発生装置が開発され、実機に設置されている。圧力波の低減効果を高めるためには、気泡含有率を増加することが有効であり、そのためにより多くのガスを気泡発生装置から供給する必要がある。本研究では、気泡発生装置の圧力損失を増加させずに、吸い込み圧を下げる最適化をするために、羽根の角度とベンチュリの絞り比を系統的に変化させた水流動実験を実施した。その結果、絞り比の増加に伴い吸い込み圧が低下し、吸気量が増加することを明らかにした。

In a mercury target used for the pulsed spallation neutron source at J-PARC, pressure waves are generated by the rapid thermal expansion of mercury due to the high-intensity pulsed-proton beam bombardment. They induces cavitation, causing severe erosion damage on the mercury enclosure vessel made of stainless steel. Gas microbubbles injection into mercury is one of effective techniques to suppress the pressure. At J-PARC, a swirl-flow bubble-generator has been developed and installed in the mercury target. Increasing the gas void fraction is effective to enhance the suppression effect. In this study, dependencies of the vane angle and reduction rate of the Venturi were parametrically investigated through a water experiment in order to optimize the swirl-flow bubble-generator for decreasing the aspiration pressure without increasing pressure drop. The result showed that the gas aspiration rate of the swirl-flow bubble-generator increased as the reduction rate at the Venturi increased.

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