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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

研究課題

研究課題/領域番号 17760151
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関独立行政法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

井田 真人  日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (60391356)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2007年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2006年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
キーワード気泡 / 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
研究概要

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。

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Conservative gyrokinetic Vlasov simulation2008

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Idomura, Masato Ida, and Shinji Tokuda
    • 雑誌名

      Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 13

      ページ: 227-233

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cavitation damage reduction by microbubble injection2008

    • 著者名/発表者名
      Takashi Naoe, Masato Ida, and Masatoshi Futakawa
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 586

      ページ: 382-386

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of cavitation inception by gas bubble injection: A numerical study focusing on bubble-bubble interaction2007

    • 著者名/発表者名
      Masato Ida, Takashi Naoe, and Masatoshi Futakawa
    • 雑誌名

      Physical Review E 76

      ページ: 46309-46309

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation and theoretical study of cavitation bubbles in liquid mercury2007

    • 著者名/発表者名
      Masato Ida, Takashi Naoe, Masatoshi Futakawa
    • 雑誌名

      Physical Review E 75(4)

      ページ: 46304-46304

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] New conservative gyrokinetic full-f Vlasov code and its comparison to gyrokinetic δf particle-in-cell code2007

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Idomura, Masato Ida, Shinji Tokuda, Laurent Villard
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics (掲載予定)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      井田真人, 他5名
    • 雑誌名

      日本原子力学会 2007年春の年会 要旨集 (CD-ROM)

      ページ: 1-1

    • NAID

      130007032716

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 気泡問相互用の效果について2006

    • 著者名/発表者名
      井田真人
    • 雑誌名

      第13回 キャビテーションに関るシンホジウム (CD-ROM)

      ページ: 1-1

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      井田真人, 大島伸行
    • 雑誌名

      計算工学講演会論文集 11

      ページ: 263-263

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      井田真人
    • 雑誌名

      日本流体力学会 年会2006 講演論文集 (CD-ROM)

      ページ: 1-1

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Avoided crossings in three coupled oscillators as a model system of acoustic bubbles2005

    • 著者名/発表者名
      Masato Ida
    • 雑誌名

      Physical Review E 72(3)

      ページ: 36306-36306

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase properties and interaction force of acoustically interacting bubbles : A complementary-study of the transition frequency2005

    • 著者名/発表者名
      Masato Ida
    • 雑誌名

      Physics of Fluids 17(9)

      ページ: 97107-97107

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Analyses for understanding SGB mitigation2008

    • 著者名/発表者名
      Kohei Okita
    • 学会等名
      Workshop on Mitigation of Cavitation Damage in Liquid Metal Spallation Targets
    • 発表場所
      Oak Ridge, TN, USA
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] R&D on pressure-wave mitigation technology in mercury target2007

    • 著者名/発表者名
      M. Futakawa
    • 学会等名
      The 18th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-XVIII)
    • 発表場所
      Dongguan, Guangdong, China
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Gyrokinetic Toroidal full-f 5D VIasov code GT5D2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Idomura
    • 学会等名
      The 34th EPS Conference on Plasma Physics
    • 発表場所
      Warsaw, Poland
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Study of Gas and Cavitation Bubble Dynamics in Liquid Mercury under Negative Pressure2007

    • 著者名/発表者名
      M. Ida
    • 学会等名
      5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Confre
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      井田真人
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2007
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      井戸村泰宏
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2007
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] R&D on pressure-wave mitigation technology for pulsed high-power mer cury target2007

    • 著者名/発表者名
      K. Haga
    • 学会等名
      3rd High-Power Targetry Workshop
    • 発表場所
      Bad Zurzach, Switzerland
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 気泡注入によるキャビテーション抑制のメカニズム2007

    • 著者名/発表者名
      井田真人
    • 学会等名
      RIMS研究集会「非線形波動現象の数理と応用」
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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