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Effect of wall boundary on growing and collapsing behaviors of cavitation bubble

キャビテーション気泡の成長・崩壊挙動に及ぼす壁面境界の影響

川村 駿介; 直江 崇  ; 田中 伸厚*; 二川 正敏

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

J-PARCの水銀を標的に用いた核破砕中性子源では、大強度の陽子線が水銀に入射する際に生じる圧力波により、水銀を包含する厚さ3mmの薄肉部を有する容器に激しいキャビテーション壊食損傷が生じる。キャビテーションによる損傷を低減するために、先端部に狭隘部を有する2重壁構造化された容器が開発され、詳細なメカニズムは明らかでないもののその損傷低減効果が確認されている。本研究では、狭隘部において水中火花放電により発生させたキャビテーション気泡の成長・崩壊挙動を高速度ビデオカメラにより観察した。さらに、気泡崩壊の衝撃圧に対する流路の幅と流速の相関について調査した。発表では、狭隘流路幅と壁面振動により評価した気泡崩壊圧の関係について可視化実験の結果に基づいて議論する。

A mercury target for spallation neutron source has been in operation at the J-PARC. When the high-intense proton beams hits the mercury to produce spallation neutrons, pressure waves are generated due to the abrupt heat deposition of mercury. Mercury enclosure vessel made of stainless steel with a thin wall thickness of 3 mm is severely damaged by pressure wave-induced cavitation erosion. Recently a double-walled structure with narrow gap channel at the front part of the vessel has been developed to mitigate the cavitation damage. In this study, we observed experimentally the growth and collapse behavior of cavitation bubbles in the narrow channel by using a technique of spark discharge in water and a high-speed video camera. Furthermore, the effects of flow velocity and gap width on collapsing pressure were investigated with focusing on the ratio of the projection radius to the gap width. The relationship between the narrow gap and the collapsing pressure will be discussed.

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