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キャビテーション気泡群のための大規模シミュレータの開発および理論解析

Research Project

Project/Area Number 17760151
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

井田 真人  Japan Atomic Energy Agency, システム計算科学センター, 研究職 (60391356)

Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Keywords気泡 / 気泡群 / 気泡力学 / 流体工学 / キャビテーション / シミュレーション / 核破砕中性子源 / 高エネルギー科学 / 数値流体力学 / 振動工学 / 自由表面流れ / avoided crossing / 擬交差
Research Abstract

本研究課題は、圧力変動を受けて体積振動する複数気泡のダイナミクスを解析するための数値シミュレータの開発と、理論・数値解析に基づく気泡群の物理解明を目的とするものである。平成19年度には主に、原子力機構J-PARCセンターとの共同研究のもと、水銀中キャビテーションの抑制手法に関する検討を行い、本研究課題の応用先の明確化をねらった。
原子力機構と高エネルギー加速器研究機構は現在、J-PARCプロジェクトの一環として中性子線を作り出すための水銀核破砕ターゲットの開発を行っている。研究代表者は過去2年余り、この開発の現場で深刻な問題となっている水銀中キャビテーションと、それによって引き起こされる損傷の解決に取り組んできた。今年度は主に、J-PARCセンターが水銀中キャビテーションを抑制する目的で試みている『気泡注入』について議論し、その効果の一端を明らかにすることに成功した。J-PARCセンターにおいて得られた基礎的な実験データを基に数値解析を実施し、水銀中に故意に流し込まれたガス気泡がキャビテーションの引金になる液体中の負圧を減少させ、それによってキャビテーションの発生が抑え込まれること、つまり、ガス気泡とキャビテーション気泡の間でなされる相互作用がキャビテーションを抑制することを見いだしたのである。これは水銀核破砕ターゲットの長寿命化・高出力化に貢献する成果である。本成果の一部は既にPhysical Review誌とNuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A誌にて公表されている。
なお、シミュレーション手法については昨年度に引き続き、マルチスケール性を持つ気泡群を扱うのに適した時間積分法や計算格子系についての検討と、計算スキームの質量・エネルギー保存性についての解析を進めた。

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2008 2007 2006 2005

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Conservative gyrokinetic Vlasov simulation2008

    • Author(s)
      Yasuhiro Idomura, Masato Ida, and Shinji Tokuda
    • Journal Title

      Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 13

      Pages: 227-233

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cavitation damage reduction by microbubble injection2008

    • Author(s)
      Takashi Naoe, Masato Ida, and Masatoshi Futakawa
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 586

      Pages: 382-386

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppression of cavitation inception by gas bubble injection: A numerical study focusing on bubble-bubble interaction2007

    • Author(s)
      Masato Ida, Takashi Naoe, and Masatoshi Futakawa
    • Journal Title

      Physical Review E 76

      Pages: 46309-46309

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct observation and theoretical study of cavitation bubbles in liquid mercury2007

    • Author(s)
      Masato Ida, Takashi Naoe, Masatoshi Futakawa
    • Journal Title

      Physical Review E 75(4)

      Pages: 46304-46304

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] New conservative gyrokinetic full-f Vlasov code and its comparison to gyrokinetic δf particle-in-cell code2007

    • Author(s)
      Yasuhiro Idomura, Masato Ida, Shinji Tokuda, Laurent Villard
    • Journal Title

      Journal of Computational Physics (掲載予定)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 水銀中キャビテーションに対する計算科学的アプローチ -マイクロバブルを用いた壊食抑制技術をめざして-2007

    • Author(s)
      井田真人, 他5名
    • Journal Title

      日本原子力学会 2007年春の年会 要旨集 (CD-ROM)

      Pages: 1-1

    • NAID

      130007032716

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 気泡問相互用の效果について2006

    • Author(s)
      井田真人
    • Journal Title

      第13回 キャビテーションに関るシンホジウム (CD-ROM)

      Pages: 1-1

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] フィルタード・ナヴィエ-ストークス方程式の数値不安定性について2006

    • Author(s)
      井田真人, 大島伸行
    • Journal Title

      計算工学講演会論文集 11

      Pages: 263-263

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 体積振動する気泡の位相特性と相互作用力に関する補足的検討2006

    • Author(s)
      井田真人
    • Journal Title

      日本流体力学会 年会2006 講演論文集 (CD-ROM)

      Pages: 1-1

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Avoided crossings in three coupled oscillators as a model system of acoustic bubbles2005

    • Author(s)
      Masato Ida
    • Journal Title

      Physical Review E 72(3)

      Pages: 36306-36306

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Phase properties and interaction force of acoustically interacting bubbles : A complementary-study of the transition frequency2005

    • Author(s)
      Masato Ida
    • Journal Title

      Physics of Fluids 17(9)

      Pages: 97107-97107

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Analyses for understanding SGB mitigation2008

    • Author(s)
      Kohei Okita
    • Organizer
      Workshop on Mitigation of Cavitation Damage in Liquid Metal Spallation Targets
    • Place of Presentation
      Oak Ridge, TN, USA
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] R&D on pressure-wave mitigation technology in mercury target2007

    • Author(s)
      M. Futakawa
    • Organizer
      The 18th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-XVIII)
    • Place of Presentation
      Dongguan, Guangdong, China
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Gyrokinetic Toroidal full-f 5D VIasov code GT5D2007

    • Author(s)
      Y. Idomura
    • Organizer
      The 34th EPS Conference on Plasma Physics
    • Place of Presentation
      Warsaw, Poland
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Study of Gas and Cavitation Bubble Dynamics in Liquid Mercury under Negative Pressure2007

    • Author(s)
      M. Ida
    • Organizer
      5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Confre
    • Place of Presentation
      San Diego, CA, USA
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 核融合プラズマ乱流のジャイロ運動論的シミュレーション.Part 1:モデリングと計算手法2007

    • Author(s)
      井田真人
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2007
    • Place of Presentation
      東京
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 核融合プラズマ乱流のジャイロ運動論的シミュレーション.Part 2:電子乱流における帯状流の自己組織化2007

    • Author(s)
      井戸村泰宏
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2007
    • Place of Presentation
      東京
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] R&D on pressure-wave mitigation technology for pulsed high-power mer cury target2007

    • Author(s)
      K. Haga
    • Organizer
      3rd High-Power Targetry Workshop
    • Place of Presentation
      Bad Zurzach, Switzerland
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 気泡注入によるキャビテーション抑制のメカニズム2007

    • Author(s)
      井田真人
    • Organizer
      RIMS研究集会「非線形波動現象の数理と応用」
    • Place of Presentation
      京都
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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