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

大型空化气泡模拟器的研制与理论分析

• 批准号: 17760151
• 负责人: 井田 真人
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760151/
• 关键词: 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

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。

This research topic は, pressure - move を by け て volume vibration す る plural 気 bubble の ダ イ ナ ミ ク ス を parsing す る た め の the numerical シ ミ ュ レ ー タ の open 発 と, theoretical base, the numerical analytical に づ く 気 bubble group の content understanding Ming を purpose と す る も の で あ る. Pp.47-53 19th annual に は main に, atomic force institutions J - PARC セ ン タ ー と の joint research の も と, mercury in the キ ャ ビ テ ー シ ョ ン の inhibition technique に masato す る beg を 検 い, this research topic の 応 fraught with first の を ね ら っ た. High atomic force institutions と エ ネ ル ギ ー は accelerator research institutions now, J - PARC プ ロ ジ ェ ク ト の link と し て を temper line in り out す た め の mercury nuclear broken 砕 タ ー ゲ ッ ト の open 発 を line っ て い る. Research representatives は り, more than in the past two years in こ の open 発 の で deep な site issues と な っ て い る mercury in the キ ャ ビ テ ー シ ョ ン と, そ れ に よ っ て lead き up こ さ れ る damage の solve に group take り ん で き た. Our は main に, J - PARC セ ン タ ー が mercury in the キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を inhibit す る purpose で try み て い る "気 foam injection" に つ い て comment し, そ の unseen fruit の end を Ming ら か に す る こ と に successful し た. J - PARC セ ン タ ー に お い て have ら れ た based な be 験 デ ー タ を base に the numerical analytical を be し, mercury in に deliberately に flow し 込 ま れ た ガ ス 気 bubble が キ ャ ビ テ ー シ ョ ン の lead gold に な る liquid の negative 圧 を reduce さ せ, そ れ に よ っ て キ ャ ビ テ ー シ ョ ン の 発 raw が え suppression 込 ま れ る こ と, つ ま り, ガ ス 気 bubble と キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 bubble between の で な さ れ る interaction が キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を inhibit す る こ と を see い だ し た の で あ る. <s:1> れ れ mercury nuclear destruction 砕タ ゲット ゲット に long-life and high-efficiency に contribution する achievement である. This achievement is A にPhysical Review journal とNuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A にて public table されて る る る. な お, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン gimmick に つ い て は yesterday annual に lead き 続 き, マ ル チ ス ケ ー ル sex を hold つ 気 bubble group を Cha う の に optimum し た や time integral method computing grid system に つ い て の beg と 検, calculation ス キ ー ム の quality · エ ネ ル ギ ー save sex に つ い て の parsing を into め た.

项目成果

Cavitation damage reduction by microbubble injection

• DOI: 10.1016/j.nima.2007.12.021
• 发表时间: 2008-03
• 期刊: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A-accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment
• 影响因子: 1.4
• 作者: T. Naoe;M. Ida;M. Futakawa

Conservative gyrokinetic Vlasov simulation

保守回旋运动 Vlasov 模拟

• 发表时间: 2008
• 期刊: Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 13
• 作者: Yasuhiro Idomura;Masato Ida;and Shinji Tokuda
• 通讯作者: and Shinji Tokuda

New conservative gyrokinetic full-f Vlasov code and its comparison to gyrokinetic δf particle-in-cell code

• DOI: 10.1016/j.jcp.2007.04.013
• 发表时间: 2007-09
• 期刊: J. Comput. Phys.
• 作者: Y. Idomura;M. Ida;S. Tokuda;L. Villard

Direct observation and theoretical study of cavitation bubbles in liquid mercury

• DOI: 10.1103/physreve.75.046304
• 发表时间: 2007-04-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Ida, Masato;Naoe, Takashi;Futakawa, Masatoshi
• 通讯作者: Futakawa, Masatoshi

Phase properties and interaction force of acoustically interacting bubbles: A complementary study of the transition frequency

• DOI: 10.1063/1.2047651
• 发表时间: 2005-09-01
• 期刊: PHYSICS OF FLUIDS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Ida, M