2023 Fiscal Year Annual Research Report
Study on mechanism of the cavitation erosion mitigation in narrow gap under flowing condition
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21K03888
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
直江 崇 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (00469826)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | キャビテーション / 圧力波 / 高速度撮影 / 水中火花放電 / 壊食損傷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，大強度陽子線に励起される圧力波に起因する水銀標的容器内のキャビテーション現象について，平行平板に挟まれた壁面境界の影響を受ける流れ場での損傷形成メカニズムと陽子線強度依存性を解明することを目的としている．平行平板内に水中火花放電等で模擬的に発生させた圧力波励起キャビテーションについて，高速度撮影による現象の可視化，気泡崩壊圧の計測を通じて，気泡生成・崩壊挙動に及ぼす壁面境界及び流れの影響を明らかにすることに加えて，損傷形成に影響する圧力波の強度依存性を評価することを試みた．
狭隘壁内で生じる気泡崩壊挙動の可視化を目的として，結石破砕装置を改造した水中火花放電装置とアクリル製の流路を組み合わせた要素モデルを製作した．本装置を用いて静止中及び流れ場で流速を変化させて可視化実験を実施した結果，流速の増加に伴って動圧が増加し，水中火花放電により発生するキャビテーション気泡の最大半径が小さくなる傾向が見られたが，壁面に設置した振動加速度計による崩壊圧計測では，流れによる明瞭な違いは確認できなかった．一方，気泡の挙動として，狭隘壁中央で発生させたキャビテーション気泡の場合，流れの影響を受けて気泡が非対称に成長し，下流側に向かって壁面と平行にマイクロジェットが噴き出す現象を捉えることができた．水中火花放電により気泡を発生させているため，電極による流れの影響を受けており，その影響を排除することが課題である．
また，実際の水銀標的では，運転出力の異なる複数の標的容器の損傷観察を通じて，運転出力に依存せず明瞭なキャビテーションによる壊食損傷が形成されないことを確認している．
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