狭隘流路内のキャビテーション気泡挙動に及ぼす流れの影響

Flow effect on cavitation bubble behaviors in narrow channel

川村 駿介; 直江 崇   ; 田中 伸厚*; 二川 正敏  

Kawamura, Shunsuke; Naoe, Takashi; Tanaka, Nobuatsu*; Futakawa, Masatoshi

液体水銀を核破砕標的に用いたJ-PARCのパルス核破砕中性子源では、水銀を内包する標的容器の長寿命化と高出力での長期安定運転の実現を目指す中で、標的容器先端部の内壁に圧力波によって形成されるキャビテーション損傷が、容器の構造健全性を低下させるとして課題となっている。容器先端部に狭隘流路を有する2重壁構造構造を設けることで、狭隘壁と高速流れが形成する圧力勾配によって、キャビテーション損傷の低減効果が報告されているが、損傷低減化に支配的な因子を断定できていない。本研究では、損傷低減化に効果的な狭隘流路設計を行うための基礎的研究として、狭隘流路に水中火花放電法を用いて発生させたキャビテーション気泡の成長・崩壊時の挙動、及び衝撃圧力と流速との相関を評価した。その結果、気泡の最大等価直径と崩壊圧力に起因する振動加速度は、流速の増加に伴い減少すること、気泡最大半径と流路幅の比に依存して崩壊挙動が変化することを明らかにした。

In the mercury target for the pulsed spallation neutron source at J-PARC, cavitation damage at the beam window of the mercury target vessel is a key factor to decide lifetime of target because the damage degrade the vessel structural integrity. A double-walled structure with a narrow channel was adopted to the vessel for expecting to reduce cavitation damage. In this study, the cavitation bubble behaviors of the growth and collapse under water flow field were investigated to determine the effective factor for mitigating cavitation damage in narrow channel. We measured the equivalent diameter and wall vibration due to the cavitation bubble collapse with parametrically changing flow velocity. It was found that the maximum equivalent diameter of the cavitation bubble and the response vibrational acceleration of the wall are decreased with the increasing velocity. As the results, it was found that cavitation bubble collapse pressure was affected by flowing condition in the narrow channel.