高精度気液二相流数値解析手法によるガス巻込み現象の定量評価

Application of high-precision numerical simulation method to quantitative evaluation of gas entrainment phenomena

伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*

Ito, Kei; Koizumi, Yasuo*; Ohshima, Hiroyuki; Kawamura, Takumi*

炉心が正のボイド反応度を有する高速炉では1次冷却系統内への気泡混入を十分に抑制する必要があるため、炉上部プレナム内自由液面からのガス巻込み現象(液面から気泡が巻込まれる現象)の評価が重要である。著者らは、高速炉ガス巻込み現象の評価を目的として、高精度気液二相流数値解析手法の開発とガス巻込み現象への適用性検証を実施しており、基礎実験及び実規模試験におけるガス巻込み現象発生を解析できることを確認している。しかし、1次冷却系統内には溶存ガスの析出に伴う微小気泡などが存在しているため、ガス巻込み発生は必ずしも完全に許容されない訳ではなく、巻込み量が十分に小さいガス巻込み発生は許容できる可能性がある。このため、著者らは、ガス巻込み現象による巻込み量決定メカニズムに関する研究を、実験・解析の両面から進めている。本研究では、数値解析によるガス巻込み量評価精度検証の一環として、信州大学にて実施したガス巻込み量計測基礎実験を対象とした数値解析を実施する。

Gas entrainment (GE) phenomena in fast reactors have to be evaluated in terms of their occurrences because entrained bubbles in the primary cooling system may cause disturbances in reactor power. In fast reactors, a small amount of entrained gas may be allowed because there are always small deposition bubbles in the primary cooling system. In this case, not only the GE occurrences but also the amount of the entrained gas should be evaluated accurately. Therefore, the authors are studying the amount of the entrained gas by utilizing simple an experiment and a numerical simulation. In this paper, parametric simulations of the simple experiment are performed with a high-precision volume-of-fluid algorithm which simulate interfacial dynamic deformations directly. As a result, the simulation results gives larger entrained gas flow rate than the experimental data but the dependency of the entrained gas flow rate on the liquid flow rate is reproduced qualitatively.