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液中渦キャビテーションに関する基礎的研究; キャビテーション発生に対する流体粘性の影響の検討

Experimental study on fundamental behavior of cavitation due to sub-surface vortex; Influences of fluid viscosity on occurrences of cavitation

江連 俊樹; 三宅 康洋*; 飛田 昭; 木村 暢之; 上出 英樹

Ezure, Toshiki; Miyake, Yasuhiro*; Tobita, Akira; Kimura, Nobuyuki; Kamide, Hideki

高速増殖炉による核燃料サイクルの実用化を目指して、炉容器をコンパクト化することで経済性を高めたナトリウム冷却高速炉であるJSFRの設計研究が行われている(FBRサイクル実用化研究開発)。JSFRでは、冷却系2ループ化によって冷却系配管内の平均流速が増加するため、ホットレグ配管入口部において強い旋回渦が発生する可能性がある。その結果として、渦中心での圧力低下に伴う液中渦キャビテーションの発生が懸念されており、液中渦キャビテーションの発生状況の評価が構造健全性の観点から必要である。本研究では、液中渦キャビテーションの発生評価に関連して、ナトリウムと水の物性の違いが液中渦キャビテーションの発生に与える影響について検討するための基礎的な水試験を行った。基礎的な円筒体系において、水の温度を10$$^{circ}$$Cから80$$^{circ}$$Cに変化させることで水の粘性係数を変化させ、液中渦キャビテーションの発生状況を定量的に評価した。その結果、10$$^{circ}$$Cから30$$^{circ}$$C程度の比較的粘性係数が大きい条件では粘性依存性が確認されたものの、50$$^{circ}$$Cから80$$^{circ}$$C程度の比較的粘性係数が小さい条件では粘性の影響が少ないことを確認した。

In the design of JSFR, a two-loop cooling system and a compact reactor vessel are employed to achieve the economical improvement. However, these innovative designs lead to the increase of coolant velocity. As the results, strong vortices at the H/L intake may cause the cavitation (vortex cavitation). Therefore, the evaluation of occurrence behavior of vortex cavitation is the important issue for the structural integrity of reactor. In the present study, fundamental water experiments were performed in the cylindrical tank geometry. The water temperature was varied from 10$$^{circ}$$C to 80$$^{circ}$$C to clarify the influence of kinematic viscosity, $$nu$$. The occurrences behaviors of vortex cavitation were evaluated quantitatively by visualization measurement and image analysis. As the results, it was clarified that there was little dependence on $$nu$$ under the small $$nu$$ conditions, while it was relatively obvious under the large $$nu$$ conditions.

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