Experimental study on cooling limit under flow instability in boiling flow channel

沸騰流路における不安定流動条件下の冷却限界に関する実験的研究

井口 正; 柴本 泰照 ; 浅香 英明; 中村 秀夫  

Iguchi, Tadashi; Shibamoto, Yasuteru; Asaka, Hideaki; Nakamura, Hideo

BWRの水力不安定時には、流量変動に同期して燃料被覆が沸騰遷移とリウェットを周期的に繰り返すことが知られている。著者らは、THYNC試験装置により、実機核燃料と同長、同径の模擬燃料による22管群試験部を用いて、水力不安定実験を行った。その結果、模擬燃料出力を増加すれば、このような周期的沸騰遷移状態が発生し、さらに模擬燃料出力を増加すれば膜沸騰が持続する状態に至り、いずれの場合も模擬燃料温度は逸走しないことを確認した。周期的膜沸騰発生条件は、流量瞬時値が定常沸騰遷移曲線を下回るときで近似できた。持続的膜沸騰は、流量変動の振幅などの振動特性に依存するものの、質量流束変動の中心値が定常沸騰遷移曲線より小さいチャンネル出力で発生した。持続的膜沸騰発生条件は、低圧(2MPa以下),低流量(400kg/m2s以下)の条件では、梅川のモデルとほぼ一致した。高圧(7MPa)では、流量変動1周期間の熱バランスに基礎を置いた実験式とほぼ一致した。TRAC-BF1コードにより、周期的膜沸騰や持続的膜沸騰を予測できた。周期的膜沸騰遷移出力の予測結果はほぼ実験結果と一致したが、リウェット挙動の予測が不適切のため持続的膜沸騰遷移出力はよく予測できなかった。

Authors investigated the cooling limit under flow instability, by conducting THYNC experiments using a 22 bundle test section of electrical rod heaters、whose heated lengths and diameters were 3.71m and 12.3mm. The experimental result indicated periodic rise and rapid drop of the rod temperature under flow oscillation, indicating periodic film boiling. When the heating power increased further, the rod temperature indicated continuous film boiling. The power at the onset of continuous film boiling (cooling limit) under flow oscillation was about 50%-80% of the cooling limit under steady flow condition in THYNC. The ratio of both cooling limits almost agreed with the Umekawa model prediction in cases of P2MPa and G400kg/m2s. For high pressure and high mass flux conditions, the ratio almost agreed with the empirical model based on the heat balance during one cycle of flow oscillation. TRAC-BF1 code simulated periodic film boiling qualitatively, but the cooling limit under the flow oscillation was not predicted well probably due to inaccurate rewetting prediction.