ガス巻込み現象詳細実験; 渦生成機構に関する研究 平成16年度(共同研究報告書)

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

辻 義之*; 上出 英樹 

Tsuji, Yoshiyuki*; Kamide, Hideki

高速炉の実用化概念として、経済性の向上のために原子炉容器をコンパクト化した炉型が検討されている。コンパクト化された原子炉容器では冷却材流速が増大することから、自由界面からのガスの巻込みの判定は、設計成立性の観点から重要な評価項目となっている。設計で遵守するべきガス巻込みの判断基準を策定することを目的とし、本研究では、ガス巻き込み発生に大きく影響するくぼみ渦について、特に渦の生成段階に着目し、実験による現象解明を実施した。本研究は平成15年度から3年間の計画で実施し、平成16年度は2年目にあたる。本年度はガス巻き込み渦の発生に構造物がどのように影響するのかを知るため、水を作動流体とし、流水中に円柱と吸い込み管を設置した試験装置により、流速、液位、界面の変動(波立ち)などをパラメータとしてガス巻き込み渦の発生限界について知見を得た。さらに、ガス巻き込み渦の発生には、構造物後流の乱流渦のような鉛直方向に渦度分布をもつ3次元的な渦の存在が必要であり、界面のゆらぎはガスが安定して吸い込まれるような状況を与えず、ガス巻き込み渦の発生を妨げることを明らかにした。

Compact reactor vessel is designed to reduce construction cost of a fast reactor. In a compact reactor vessel flow velocity will increase and it causes gas entrainment at free surface. Thus, gas entrainment is one of significant issue of the reactor design. In this study we carried out a water experiment on the gas entrainment, especially the onset condition of a dimple vortex, which causes the gas entrainment in order to establish a guide line in a deisgn.This study is planned to carry in three years from 2003 to 2005. The year of 2004 corresponds to the second term. In this year, water experiment was carried out using a flow channel, vertical suction pipe, and an obstacle in order to see influences of obstacles on the gas entrainment and dimple vortex. Onset conditions of the gas entrainment due to the dimple vortex were obtained with experimental parameters of flow velocity in the channel, water level, and free surface wave or disturbance. It was shown that the onset of gas entrainment needed vertical vortex, e.g. in a wake of an obstacle, and disturbance of free surface block the onset of the dimple vortex and the gas entrainment.