2008 Fiscal Year Annual Research Report
液体金属中キャビテーションに関する理論シミュレーション研究
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20760122
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
井田 真人 Japan Atomic Energy Agency, システム計算科学センター, 研究員 (60391356)
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| Keywords | 気泡 / キャビテーション / 液体金属 / 壊食 / エロージョン / 流体工学 / 気泡間相互作用 / キャビテーション初生 |
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| Research Abstract |
膨張・収縮し、相互作用する複数気泡のダイナミクスを記述する理論モデル「coupled Keller-Miksis方程式」をもとに、液体中の負圧によって駆動される気泡の膨張率(最大半径/初期半径)や最大収縮速度などに関する広範なパラメータ・サーベイを行った。これにより、(a)気泡の膨張率は最大収縮速度と良く相関すること、(b)初期半径が大きい気泡は膨張率が比較的低く、そのため最大収縮速度も低くなること、(c)気泡間相互作用は膨張率を減らすこと、(d)キャビテーション発生の瞬間には、これまで知られていなかった様々なパターンの気泡ダイナミクスが発現しうること等が明らかになった。また、水銀中キャビテーションの抑制技術開発に関連し、coupled Keller-Miksis方程式を多数の異種気泡が混在する系にまで拡張し、キャビテーション気泡とヘリウム気泡が相互作用する系での気泡ダイナミクスについて解析した。これにより、弱い負圧下で現れるキャビテーションについては、十分に大きなヘリウム気泡を用いることで、その発生を適切に抑制することができることを明らかにした。これらの成果は、多数の気泡が相互作用する系の基本的な物理を明らかにするものであり、また、ガス気泡注入によるキャビテーション抑制技術の性能最適化に一つの指針を与えるものである。
加えて、上述した検討を通じ、気泡間相互作用によって気泡が強い負圧パルスを放射する場合があることを偶然発見した。さらに、その発見をもとに、気泡が急激に収縮した際に生じる広帯域音響ノイズの発生シナリオを提案した。
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