液体金属中のキャビテーション壊食に及ぼす液体金属種及び試験材料の影響

矢田 浩基; 倉地 宏晃*; 月森 和之; 服部 修次*

日本機械学会論文集,A, 77(773), p.146 - 153, 2011/01

https://doi.org/10.1299/kikaia.77.146

3種類の組成の異なる鉛ビスマス合金中で磁わい振動によるキャビテーション壊食試験を行った。試験温度を融点と沸点を百分率で整理した相対温度を使用すると、相対温度14Cにおける各種鉛ビスマス中の壊食速度はイオン交換水中に比べて約1012倍、ナトリウム中では約25倍となる。また、試験後の材料の硬さを調査した結果、イオン交換水中よりも鉛ビスマス中でより加工硬化が進むことから、鉛ビスマス中ではより大きな気泡崩壊圧が作用したと考えられる。さらに、試験材料にSUS304, SUS403, 9Cr-1Mo鋼を用いて壊食試験を行い、壊食速度の違いは材料の硬さと平山のNi当量で整理が可能であることが明らかとなった。

液体金属中のキャビテーション壊食に関する基礎的研究; 液体金属中のキャビテーション壊食による液体パラメータの影響(共同研究)

服部 修次*; 井上 文貴*; 倉地 宏晃*; 渡士 克己; 月森 和之; 橋本 貴司; 矢田 浩基

JAEA-Research 2008-080, 45 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-080.pdf:2.86MB

液体金属中のキャビテーション壊食に関する研究は、ナトリウムを冷却材とする高速増殖炉の安全性の確認、水銀を使用する核破砕中性子源ターゲット容器の問題を解決するうえで非常に重要であるが、極めて特殊なケースであるため水中に比べてほとんど研究が進展していない状況である。本研究では、まず低融点の液体金属中でキャビテーション試験を行うことができる試験装置の開発を行った。次いで、鉛・ビスマスの液体金属中とイオン交換水中で壊食試験を行い、両試験液中での壊食速度の違いについて検討し、壊食速度に及ぼす液体の影響、及び壊食速度の温度依存性について考察し、以下の成果を得た。試験温度を融点と沸点の間を百分率で定義した相対温度で壊食速度を整理したところ、相対温度が14Cにおける鉛・ビスマス中の壊食速度はイオン交換水中に比べて約10倍、ナトリウム中では約25倍である。液体の相対温度が同一のとき、各種液体の壊食速度は、液体の密度及び音速を用いた評価式で整理できる。相対温度1430Cにおける壊食速度増加の温度依存性は、液体の飽和蒸気圧の増加によるものである。

液体金属中のキャビテーション壊食に関する基礎的研究

服部 修次*; 井上 文貴*; 倉地 宏晃*; 月森 和之; 矢田 浩基

no journal, , 

液体金属中のキャビテーション壊食に関する研究は、ナトリウムを冷却材とする高速増殖炉の安全性の確認や、水銀を使用する核破砕中性源ターゲット容器の問題を解決するうえで非常に重要である。本研究では液体金属用に室温から150Cまで実験可能なキャビテーション壊食試験装置を開発し、試験材料としてオーステナイト系ステンレス鋼SUS304を用い、金属の種類(Pb, Biの組成)が異なる鉛・ビスマス合金とイオン交換水で壊食試験を行った。鉛・ビスマス合金の液体種類による壊食速度の違いは、融点と沸点を百分率して定義した相対温度で整理することにより音速と密度の評価式で整理でき、各種液体のキャビテーション気泡崩壊圧による加工硬化についても検討した。また、実際の配管のキャビテーションは流れ系で発生するため、流体力学パラメータである流速、及びキャビテーション数の影響を文献調査により検討した。液体金属中の壊食速度に与える流速依存性は1から6乗であると推定でき、液体金属中と水中の初生キャビテーション数は同程度であり、壊食速度とキャビテーション数の関係式を見いだした。