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System pressure effect on density-wave instability; Simplified model analysis and experiments

密度波不安定に対する系圧力の影響:簡易モデル解析と実験

柴本 泰照 ; 井口 正; 中村 秀夫  ; 久木田 豊*

Shibamoto, Yasuteru; Iguchi, Tadashi; Nakamura, Hideo; Kukita, Yutaka*

沸騰垂直流路の安定限界における系圧力の影響について、解析的及び実験的な検討を行った。モデル作成は、Wallis-Heasleyの熱平衡・一次元均質流モデルに基づいて行った。システムの特性方程式が解析的に解けるように、通常ムダ時間要素で表現される入口流速に対する各種応答を一次遅れ要素によって表した。これは、近似表現ではあるが、特性方程式内で個々の要素を分離して表現できるため、不安定に対する支配因子の特定が容易となる。提案した簡易モデルについて、Ishii-Zuber安定マップ上で実験データと比較した。安定限界を示す実験データは、系圧力に大きく依存する結果となった。本モデルによる予測値は、二相流域の圧力損失に対する系圧力の影響を考慮することで、実験データをよく予想できた。また、システムの固有振動数は、二相流の通過時定数と密接に関係し、これもモデルでよく予測できた。

The pressure effect on the onset of flow instability in a vertical upflow through a boiling channel is studied both analytically and experimentally. The analytical model is based on the Wallis-Heasley model for linear analysis of one-dimensional homogeneous two-phase flow in thermal equilibrium. The dead-time elements commonly used to represent the time lag in the responses of variables to the inlet velocity perturbation is replaced by first-order lag elements to allow the system characteristic equation to be solved analytically. This approach, although approximate, makes it much easier to identify the main contributor to the instability because the individual components are represented by separate terms in the characteristic equation. The predictions are in reasonable agreement with the data when the system pressure effect on the irreversible pressure loss in the two-phase region is appropriately considered based on calibration experiments.

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