炉心槽内流速分布測定への超音波流速計の適用性評価; 粒子画像流速計測を含めた水試験への適用

Applications of ultrasound technique to flow velocity measurement in water experiment of inter-wrapper flow; Comparison with particle image velocimetry

木村 暢之; 田中 正暁  ; 林田 均 ; 小林 順 ; 上出 英樹 ; アキラ トーマス トクヒロ; 菱田 公一

Kimura, Nobuyuki; not registered; not registered; not registered; Kamide, Hideki; Tokuhiro, Akira; Hishida, Koichi

高速炉の実用化を目指した研究において、著しい進歩を遂げた数値解析手法を用いた熱流動現象の解明や設計が可能となってきている。熱流動に関する実験研究ではモックアップ試験装置による実証試験から要素を取り出した小規模試験による現象解明、解析手法の検証に重点が移りつつある。このような要求を満たす上で、実験データの質の向上が不可欠である。とくに流速場の測定においては速度の空間分布が時間経過とともに変化する過程を明らかにすることにより、これまで得られなかった情報を抽出し、現象の解明や解析手法の検証に大きく貢献できると考えられる。本報告では、流速の瞬時の空間分布が得られる手法として超音波を用いた流速分布測定法(UDV)と粒子画像流速測定法(PIV)の2つを取り上げた。これらを水流動試験に適用し、計測手法としての適用性を評価した。UDVでは配管体系、平板状噴流体系、さらに高速炉の熱流動現象の要素を取り出した燃料集合体間の隙間流れ(炉心槽内の流れ)に関する水試験に適用した。既存のレーザー流速計やPIVとの比較を行った結果、妥当な測定結果を与えることを確認するとともに、その課題をナトリウム体系への適用を含めて明らかにした。PIVでは炉心槽内の流れに適用し、その課題を明らかにした。炉心槽のような複雑形状流路へ適用する上では、トレーサー粒子以外の画像ノイズを除去する手法を開発することで測定精度の向上を図ることができた。

ln experimental study for the thermohydraulics of fast reactor, a simple experiment with fine measurement has been desired for understanding of phenomena and for verification of computer code rather than mockup experiments of large scale. For such purposes quality of experimental data must be improved. ln the velocity measurement, instantaneous velocity profile will have great advances for the understanding of phenomena and for the verification of computer code. ln this report two methods of the velocity profile measurement are discussed; one is ultrasound Doppler velocimetry (UDV) and the other is particle image velocimetry (PIV). These methods were applied to water experiments. The UDV was applied to pipe flow, planer jet, and the inter-wrapper flow which is seen in the gap region between subassemblies of fast reactor core. Cross check with laser Doppler velocimetly showed proper measurement of the UDV. Problems including the application to sodium experiments are also discussed. The PIV was also applied to the inter-wrapper flow. For the application to complex flow geometry, noise reduction method was developed to improve the measurement accuracy.