Estimation of porosity and void fraction profiles in a packed bed of spheres using X-ray radiography

X線ラジオグラフィによる粒子充填層における空隙およびボイド率分布の評価

伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕 ; 松場 賢一  ; 神山 健司  

Ito, Daisuke*; Ito, Kei*; Saito, Yasushi*; Aoyagi, Mitsuhiro; Matsuba, Kenichi; Kamiyama, Kenji

多孔質媒体を通過する二相流を理解することは、軽水炉のみならずナトリウム冷却高速炉を対象としたシビアアクシデント解析コードを開発する上でも必要なことである。ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故時には溶融燃料と冷却材が相互作用した結果として、多孔質状のデブリベッド内で気液二相流が形成されると考えられる。このような多孔質媒体中における二相流場の特性を明らかにするためには、局所的な空隙率とその分布を把握することが重要である。本研究では、X線ラジオグラフィを用いて球体充填層内における局所空隙率を測定するとともに、その径方向分布を評価し、従来の空隙率モデルと比較した。さらに、球体充填層内を通過する空気と水の二相流におけるボイド率の径方向分布を得た。

Two-phase flow through porous media must be well understood to develop a severe accident analysis code not only for light water reactor but also sodium-cooled fast reactor. When a core disruptive accident occurs in sodium-cooled fast reactor, the fuel inside the core become melted and interacts with the coolant. As a result, gas-liquid two-phase flow will be formed in the debris bed, which may have porous nature depending on the cooling process. In such condition, the local porosity and its distribution are very important to characterize two-phase flow field in the porous media. In this study, X-ray radiography was applied to measure the local porosity in the packed bed of spheres. The radial profiles were estimated from the chordal profiles measured by the X-ray method and compared with the previous porosity model. In addition, the void fraction radial profiles were also obtained in air-water two-phase flow.