Thermal striping; an experimental investigation on mixing of jets; Part III Remaining hydrodynamic results from initial experiments

サーマルストライピングを対象とした噴流間混合現象に関する実験研究; フェーズ1試験結果に関する第3報

アキラ トーマス トクヒロ; 木村 暢之; 宮越 博幸

Tokuhiro, Akira; Kimura, Nobuyuki; not registered

高速炉のサーマルストライピング現象について熱流動に関する実験シリーズが水流動試験装置を用いて行われた。ここで言うサーマルストライピング現象とは、炉心出口部において、制御棒チャンネルや集合体から流出する温度・速度の異なる噴流が十分に混合せずに炉心上部構造材に衝突することにより構造材に熱疲労を与える現象である。本試験体系は、鉛直噴流を平行に3本配置しており、中心噴流が低温、左右の噴流が高温である。噴流は、矩形ノズルから試験容器中に準2次元形状で吐出している。試験パラメータは、噴流の平均吐出流速(U)と中心噴流と周辺噴流の吐出温度差(T=T-T)である。流速測定はレーザードップラー流速計(LDV)と超音波流速計(UDV)を用いて行った。本試験は、中心噴流を吐出させた単一噴流条件と3本の矩形噴流を吐出させた三噴流条件で行った。第1報は主にUDV計測結果、第2報は主に温度計測結果をまとめ、これらの結果を踏まえ、本報においてフェーズ1試験のまとめを行った。単一噴流条件における流速測定結果は、噴流出口領域から下流において、LDVとUDVとも既知の試験結果と良い一致を示した。三噴流試験条件において、3つの噴流の吐出速度が等速の場合、噴流が左右に振動することにより対流混合が行われていることが明らかとなった。また、速度変動は、流れに垂直方向において、左右の噴流と中心噴流の間の領域で大きくなっていることがわかった。UDVによる速度変動および温度変動から得られた噴流振動の卓越周波数は、噴流が主に混合する領域(混合領域)でf = 2.25Hz、噴流の混合がほぼ終了した領域では f = 0.7Hzであった。左右の噴流吐出速度が中心噴流吐出速度より大きい場合、混合領域が下流側にシフトし、混合領域の流れ方向長さが短くなっていることがわかった。

Experiments were performed using the WAJECO facility to investigate the thermohydraulic mixing of multiple jets flowing out of a LMFBR core. Mixing is the root of the thermal striping problem. The multiple jets are typically at different velocities and temperatures and may induce thermal stresses upon components they impinge. In our study we modeled the mixing of three vertical jets, the central at a lower temperature than the two adjacent jets at equal temperatures. The jets are quasi-planar. The parameters were the average exit jet velocities (Uo,av) and the temperature difference between the "cold" and "hot" jets (Thc=Thot-Tcold). Measurements of the liquid velocity, initially using laser Doppler velocimetry (LDV) and later ultrasound Doppler velocimetry (UDV), for both our reference single-jet and the triple-jet configuration, comprised Phase I of the experiments (up to 1994). Two reports (TN9410 96-181 and TN9410 96-296; in Japanese) reported on the hydraulic and heat tra