ガス巻込み現象詳細実験; 渦生成機構に関する研究

Experimental Study on Gas-Entrainment from Free-surface; Generation Mechanism of Dimple-Eddy

小畑 貴則*; 辻 義之*; 木村 暢之; 上出 英樹 

Obata, Takanori*; Tsuji, Yoshiyuki*; Kimura, Nobuyuki; Kamide, Hideki

ナトリウム冷却高速炉の経済性向上を図る上で原子炉システムのコンパクト化が求められ、原子炉容器では従来の設計に比べ原子炉容器の断面平均流速が2.5倍に達する設計が検討されている。流速の上昇は原子炉容器内にある自由液面近傍の流速にも及び、自由液面からカバーガスを巻き込むことが懸念される。巻き込まれたガスは炉心を通過する際に反応度の外乱要因になるなど原子炉の運転に悪影響があると考えられており、ガス巻き込み現象の抑制が必要である。本研究はガス巻き込み現象のメカニズムを解明しその評価基準を策定に資することを目的とし、特にくぼみ渦からガスコアが液面下に吸い込まれるタイプの現象において、くぼみ渦が生成する過程を明らかにすることで、ガス巻き込み現象の評価の一環を担う。 現象を解明する上でより単純な渦生成過程として、本研究では水を作動流体とし流水中に円柱を設置することにより円柱後流にできる乱流渦について液面形状を測定した。本年度は研究の初年度として、上方から液面に向けてレーザー光をあてその反射を2次元位置検出素子(PSD)を用いて捉えることで、界面傾斜角を測定することができた。円柱下流のさまざまな位置で界面傾斜角を測定し、本手法によりくぼみ渦が検出可能であること、さらに渦の形状を再構成する手法を見出した。

Gas entrainment at free surface is of importance due to higher flow velocity in a compact reactor vessel. Dimple-eddy is one of major reasons for gas entrainment in case of low flow velocity condition at free surface. Water experiment was carried out to see generation of dimple-eddy in this study. A round shape obstacle was set in an open channel. Eddies are generated in wake region behind the obstacle.Laser beam and photo acceptance unit of PSD were used to measure inclined angle of free surface and shape of dimple-eddy. The dimple depth is one of the key parameter of eddy development. Following findings were obtained from the experiment; 1) This laser-PSD system can measure the inclined angle of free surface and find the dimple-eddy, 2) Shape of the dimple-eddy can be estimated by statistics of the free surface angle-data.