Measurement of droplet quality of carryover from free surface using throttling calorimeter

絞り熱量計を用いた自由液面からのキャリーオーバーの液滴クオリティ計測

玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊東 敬; 高瀬 和之

Tamai, Hidesada; Nagayoshi, Takuji; Katono, Kenichi; Ito, Takashi; Takase, Kazuyuki

自由液面気液分離方式を採用した革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面から発生する液滴の特性(キャリーオーバー特性)の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。本研究では、液面下のボイド率分布や液面から発生した液滴の大きさなどを実験的に把握したうえで、液滴流量の機構論的な予測技術の開発を進めている。本論文では、これら測定項目のうち、高圧水蒸気二相流において絞り熱量計を用いて液滴クオリティを計測した結果を報告する。実験は、圧力1.5-2.5MPa,蒸気見かけ速度0.4-1.9m/sの条件において液面からの高さを変化させて実施した。その結果、絞り後の過熱蒸気の温度と湿り蒸気のクオリティの間に強い依存関係があることを確認した。また、測定したデータに基づいて液滴クオリティを予測できる改良モデルを構築し、実機評価を行った結果、自由液面気液分離方式を採用した自然循環軽水炉の設計が成立する見通しを得た。

For the design the natural-circulation type BWR that utilizes the FSS concept, the development of a predictive model for the droplets entrained with the steam (carryover) from the free surface is indispensable. In this paper, the droplet quality was measured with a throttling calorimeter that could measure the droplet quality based on the isenthalpic process between wet and superheated steam through the throttle. The measurements were carried out under the conditions of a pressure of 1.5-2.5 MPa. The temperature of the superheated steam after passing through the throttle was confirmed to be strongly related to the quality of the wet steam. A modified model based on the measurements proved to be capable of predicting the droplet quality within the range of the database. Evaluating the droplet quality under BWR conditions validated the feasibility of the design of the natural-circulation type BWR that utilizes the FSS concept.