Experimental study on heat transfer and pressure drop in mercury flow system for spallation neutron source

中性子源水銀循環システムにおける熱伝達及び圧力損失についての実験的研究

木下 秀孝   ; 神永 雅紀  ; 羽賀 勝洋  ; 寺田 敦彦  ; 日野 竜太郎

Kinoshita, Hidetaka; Kaminaga, Masanori; Haga, Katsuhiro; Terada, Atsuhiko; Hino, Ryutaro

水銀を用いたMWクラスの中性子源を設計するうえで、確実性の高い安全を保つことは非常に重要である。水銀を用いた核破砕ターゲットシステムの安全性を確立するためには、水銀の熱流動特性を理解することが肝要である。最大流量1.2m/hの水銀実験ループを用いて熱流動実験を行うことで、以下の結論を得た。水銀の摩擦損失係数はBlasiusの式よりも比較的大きく壁粗さの影響を受ける。熱伝達係数に関してはSubbotinの式によく一致する。さらに、設計解析コードの検証のためSTAR-CDコードを用いて実験系を再現するように熱流動解析を実施した。水銀に適した乱流プラントル数と最適化したメッシュサイズを用いることで解析は実験結果とよく一致した。

In the design of MW-class spallation target system using mercury to produce a practical neutron applications, keeping the highest level of safety is vitally important. To establish the safety of spallation target system, it is essential to understand the thermal-hydraulic properties of mercury. Through thermal-hydraulic experiments using a mercury experimental loop, which flows 1.2 m/h maximum, the following facts were experimentally confirmed. The wall friction factor was relatively larger than the Blasius correlation due to the effects of wall roughness. The heat transfer coefficients agreed well with the Subbotin correlation. Furthermore, for validation of the design analysis code, thermal hydraulic analyses were conducted by using the STAR-CD code under the same conditions as the experiments. Analytical results showed good agreements with the experimental results, using optimized turbulent Prandtl number and mesh size.