液体ヘリウムタンクの運転中、外部の揺れ刺激により気液界面の形態や気液相間伝熱伝質特性が変化し、タンク内流体熱力学特性の動的な応答が起こる。液体ヘリウムタンクの揺れ動的応答特性が不明確な問題に対して、一般的に使用される正弦波揺れ刺激を利用して、Volume of Fluid（VOF）モデルとユーザー定義関数（UDF）をベースに液体ヘリウムタンクの揺れ動的応答数値モデルを構築した。初期運転30秒間揺れ刺激を与える初期揺れ条件と、タンク静置3時間後に30秒間揺れ刺激を与える偶然揺れ条件を考慮し、初期揺れと偶然揺れ条件下の気液界面形態や圧力応答特性の時空間進化規則を分析し、両揺れ条件が加熱および自加圧特性に及ぼす影響メカニズムを論じた。研究の結果、正弦波揺れにより気液界面の周期運動が生じ、時間経過に伴い厚くなる混合層が表面に現れる。偶然揺れ時の相界面は初期揺れ条件に比べて不規則で波動振幅が大きい。偶然揺れ時、気液界面近くには初期揺れより顕著な混合層が生じ、30秒で混合層の厚さは約0.43mに発展する。初期揺れにより液体ヘリウムタンクの蒸発が促進され、タンクの自加圧速度は静置条件より高い。偶然揺れにより冷凍が促進され、時間経過に伴いガス相領域の温度と圧力が低下する。100秒で偶然揺れ条件下のガス相圧力は静的条件より58.82Pa低くなり、これは界面でガスの凝縮が起こるためである。

液体ヘリウムタンク; 振動動的応答; 気液界面形態; 圧力進化; 数値モデル